DE102011104214A1

DE102011104214A1 - Flächenleuchte mit veränderbarer Lichtfarbe

Info

Publication number: DE102011104214A1
Application number: DE102011104214A
Authority: DE
Inventors: Ales Markytan; Christian Gärtner; Horst Varga
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-12-20
Also published as: WO2012171798A1

Abstract

Die Flächenleuchte weist einen Lichtleiter (1) auf und ist mit Lichtquellen (2) bestückt, die jeweils für eine von drei unterschiedlichen Farben vorgesehen sind. Eine Strahlfläche (3) wird durch einen Querschnitt des Lichtleiters gebildet. Die Lichtquellen sind seitlich zu der Strahlfläche in Reihen angeordnet, die entlang Randseiten der Strahlfläche verlaufen. Jede der Reihen weist entweder nur Lichtquellen auf, die für die erste Farbe oder für die zweite Farbe vorgesehen sind, oder nur Lichtquellen, die für die dritte Farbe vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine in der Farbe abstimmbare Flächenleuchte, insbesondere unter Einsatz roter, grüner und blauer LEDs.
In der EP 1 462 844 B1 ist ein Rücklicht-Beleuchtungssystem beschrieben, mit dem eine Verbesserung der Beleuchtungs- und Farbhomogenität auf großen Beleuchtungsflächen durch eine besondere Anordnung einer Anzahl roter, grüner und blauer Lichtquellen, insbesondere LEDs, erreicht werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flächenleuchte mit veränderbarer Lichtfarbe anzugeben, die geeignet ist, bei allen Farbtemperaturen eine weitgehende Homogenität von Lichtfarbe und Leuchtdichte zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird mit der Flächenleuchte mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Flächenleuchte weist einen Lichtleiter auf und ist mit Lichtquellen bestückt, die jeweils für eine von drei unterschiedlichen Farben vorgesehen sind. Eine Strahlfläche wird durch einen Querschnitt des Lichtleiters gebildet. Die Lichtquellen sind seitlich zu der Strahlfläche in Reihen angeordnet, die entlang Randseiten der Strahlfläche oder entlang Abschnitten von Randseiten der Strahlfläche verlaufen. Jede der Reihen weist entweder nur Lichtquellen auf, die für die erste Farbe oder für die zweite Farbe vorgesehen sind, oder nur Lichtquellen, die für die dritte Farbe vorgesehen sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte sind die Randseiten der Strahlfläche und die Reihen der Lichtquellen geradlinig.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte weisen eine erste Reihe und eine zweite Reihe ausschließlich Lichtquellen auf, die für die erste Farbe oder für die zweite Farbe vorgesehen sind, und eine dritte Reihe und eine vierte Reihe ausschließlich Lichtquellen, die für die dritte Farbe vorgesehen sind. Die erste Reihe und die zweite Reihe sind durch die dritte Reihe und die vierte Reihe voneinander getrennt, so dass die erste Reihe, die dritte Reihe, die zweite Reihe und die vierte Reihe in dieser Abfolge angeordnet sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte sind in der ersten Reihe und in der zweiten Reihe die Lichtquellen, die für die erste Farbe vorgesehen sind, und die Lichtquellen, die für die zweite Farbe vorgesehen sind, abwechselnd oder in einem periodischen Wechsel angeordnet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte sind die erste Reihe und die zweite Reihe kürzer als die dritte Reihe und die vierte Reihe.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte ist die Strahlfläche rechteckig, insbesondere rechteckig und nicht quadratisch, und die Randseiten weisen ein maximales Längenverhältnis von 5:1 auf. Die längeren Rechteckseiten sind also höchstens fünfmal so lang wie die kürzeren Rechteckseiten.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte ist die erste Farbe grün oder grünlich-weiß, die zweite Farbe ist rot und weist eine Wellenlänge im Bereich von 600 nm bis 660 nm auf, und die dritte Farbe ist blau oder bläulich-weiß.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte liegt der Farbort der ersten Farbe im Bereich 0,31 < C_x < 0,45 und 0,32 < C_y < 0,61 der CIE-Normfarbtafel und der Farbort der dritten Farbe im Bereich 0,20 < C_x < 0,31 und 0,10 < C_y < 0,38 der CIE-Normfarbtafel.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte liegt der Farbort der ersten Farbe im Bereich 0,36 < C_x < 0,44 und 0,45 < C_y < 0,55 der CIE-Normfarbtafel und der Farbort der dritten Farbe im Bereich 0,22 < C_x < 0,27 und 0,18 < C_y < 0,27 der CIE-Normfarbtafel.
Die Lichtquellen können insbesondere lichtemittierende Dioden (LEDs) sein.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen der Flächenleuchte anhand der beigefügten Figuren.
Die 1 zeigt ein Schema der Flächenleuchte in einer perspektivischen Ansicht.
Die 2 zeigt ein Schema der Flächenleuchte in einer Draufsicht auf eine Strahlfläche.
Die 1 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der Flächenleuchte. Ein Lichtleiter 1 ist für eine seitliche Einkopplung des von Lichtquellen 2, zum Beispiel von LEDs, erzeugten Lichtes vorgesehen. Die 1 ist nicht maßstabsgetreu; der Lichtleiter 1 kann insbesondere deutlich dünner sein, als er in der 1 dargestellt ist. Innerhalb des Lichtleiters 1 entspricht die Richtung des eingekoppelten Lichtes im Wesentlichen der Längsrichtung des Lichtleiters 1, die in der 1 mit dem eingezeichneten Pfeil markiert ist. Die quer zu der Richtung des Lichtes vorhandenen Querschnitte des Lichtleiters 1 werden im Folgenden als Strahlflächen 3 bezeichnet. Eine solche Strahlfläche 3 ist insbesondere als äußere Abstrahlfläche vorgesehen. Die Abstrahlfläche kann eben oder gewölbt sein. Die Abstrahlung des Lichtes aus der Flächenleuchte erfolgt im Wesentlichen senkrecht zu der Abstrahlfläche. Die Lichtquellen 2 sind in Reihen angeordnet, die den Lichtleiter 1 umgeben und entlang den Seiten einer Strahlfläche 3 des Lichtleiters 1 beziehungsweise eines Querschnitts des Lichtleiters 1 verlaufen.
Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Strahlfläche 3 der Flächenleuchte in einer der Richtung des Lichtes entsprechenden Blickrichtung. Die Strahlfläche 3 ist in diesem Beispiel rechteckig und nicht quadratisch und hat somit kürzere Randseiten 31, 32 und längere Randseiten 33, 34, die vorzugsweise höchstens fünfmal so lang sind wie die kürzeren Randseiten 31, 32.
Die Strahlfläche 3 kann statt dessen quadratisch sein oder auch eine andere Form aufweisen. Sie kann geradlinig berandet sein, insbesondere durch ein Polygon, oder auch zum Beispiel rund oder elliptisch sein. Die Strahlfläche 3 kann eine beliebige Fläche zweiter Ordnung sein, das heißt, eine Fläche, die mathematisch durch eine quadratische Gleichung der Raumkoordinaten definiert ist. Eine Randseite, an der eine Reihe von Lichtquellen angeordnet ist, kann eine Seite eines Polygons oder nur ein Abschnitt einer Seite eines Polygons sein oder auch durch zwei oder mehr zusammenhängende Seiten eines Polygons gebildet sein. Eine Randseite kann statt dessen durch einen Abschnitt einer gekrümmten Berandung der Strahlfläche 3 gebildet sein. Die Randseiten können sich zum Beispiel zu einem vollständigen Kreisbogen ergänzen. Die Form der Flächenleuchte ist daher nicht festgelegt. Wesentlich ist die seitliche Anordnung der Lichtquellen und die seitliche Einkopplung des Lichtes.
Eine erste Reihe 21, eine zweite Reihe 22, eine dritte Reihe 23 und eine vierte Reihe 24 von Lichtquellen 2 sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel entlang der ersten Randseite 31, der zweiten Randseite 32, der dritten Randseite 33 beziehungsweise der vierten Randseite 34 der Strahlfläche 3 angeordnet. In der ersten Reihe 21 und in der zweiten Reihe 22 befinden sich die Lichtquellen 2 zweier verschiedener Farben, zum Beispiel Grün und Rot, im Wechsel. Lichtquellen 2 grüner und roter Farbe können zum Beispiel stets abwechselnd aufeinander folgen. Statt dessen kann ein anderer periodischer Wechsel vorhanden sein. Zum Beispiel kann die Abfolge Rot-Rot-Grün-Grün- oder die Abfolge Rot-Rot-Rot-Grün-Grün-Grün- innerhalb einer Reihe wiederholt werden, so dass die roten Lichtquellen und die grünen Lichtquellen in derselben Anzahl vorhanden sind und durch deren Wechsel innerhalb der Anordnung eine ausreichend gleichmäßige Farbverteilung erreicht wird.
Gegebenenfalls können die verschiedenen Typen von Lichtquellen, die für die benötigten verschiedenen Farben vorgesehen sind, in unterschiedlichen Anzahlen vorhanden sein, zum Beispiel, wenn die unterschiedlichen Typen der Lichtquellen unterschiedliche Leuchtstärken besitzen. Wenn beispielsweise die roten Lichtquellen einen stärkeren Lichtstrom erzeugen als die grünen Lichtquellen kann eine periodische Abfolge der Anordnung Grün-Grün-Rot-Grün-Rot-Grün-Rot-Grün-Rot-Grün-Rot-(Grün zu Rot im Verhältnis 6:5), der Anordnung Grün-Grün-Rot-Grün-Grün-Rot-Grün-Rot-(Grün zu Rot im Verhältnis 5:3) oder einer Anordnung mit einem anderen Verhältnis der Anzahlen der beiden Typen von Lichtquellen von Vorteil sein, um in dem gesamten Abstimmbereich eine gleichmäßige Farbe und Leuchtstärke zu erreichen.
In der dritten Reihe 23 und in der vierten Reihe 24 befinden sich ausschließlich die Lichtquellen 2 der dritten Farbe, in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel Blau oder ein weißliches Blau. Wenn der Lichtleiter 1 wie in diesem Beispiel einen rechteckigen und nicht quadratischen Querschnitt besitzt, wird eine gemischte Abfolge von Lichtquellen 2 der ersten Farbe und der davon verschiedenen zweiten Farbe, insbesondere Grün und Rot, vorzugsweise längs der kürzeren Randseiten 31, 32 angeordnet, während die Lichtquellen 2 der dritten Farbe, insbesondere Blau oder ein weißliches Blau, entlang den längeren Randseiten 33, 34 angeordnet werden.
Als rote Lichtquellen sind insbesondere monochromatische LEDs im System von InGaAlP mit einer Wellenlänge L_dom zwischen 600 nm und 700 nm geeignet. In der Flächenleuchte können zusammen mit diesen Lichtquellen zum Beispiel grünlich-weiß strahlende LEDs, insbesondere geeignet konvertierte blau strahlende LEDs im System von InGaN, im Wechsel eingesetzt werden. Der Farbort der grünlich-weißen Lichtquellen kann im Bereich 0,31 < C_x < 0,45 und 0,32 < C_y < 0,61, vorzugsweise im Bereich 0,36 < C_x < 0,44 und 0,45 < C_y < 0,55 der CIE-Normfarbtafel liegen. Für die dritte Farbe sind zum Beispiel bläulich-weiß strahlende LEDs, insbesondere im System von InGaN, geeignet. Der Farbort der bläulich-weißen Lichtquellen kann im Bereich 0,20 < C_x < 0,31 und 0,10 < C_y < 0,38 vorzugsweise im Bereich 0,22 < C_x < 0,27 und 0,18 < C_y < 0,27 der CIE-Normfarbtafel liegen.
Ein typisches Ausführungsbeispiel der Flächenleuchte ist mit roten LEDs der Wellenlänge L_dom = 615 nm, grünlich-weißen LEDs mit C_x = 0,40 und C_y = 0,51 und bläulich-weißen LEDs mit C_x = 0,26 und C_y = 0,23 bestückt.
Bei typischen Ausführungsbeispielen kann das Verhältnis des maximalen Lichtstromes einer grünlich-weißen Lichtquelle zu dem maximalen Lichtstrom einer bläulich-weißen Lichtquelle im Bereich von 1:10 bis 15:1, vorzugsweise im Bereich von 1:4 bis 2:1, liegen und das Verhältnis des maximalen Lichtstromes einer grünlich-weißen Lichtquelle zu dem maximalen Lichtstrom einer roten Lichtquelle im Bereich von 1:20 bis 8:1, vorzugsweise im Bereich von 1:7 bis 2:1 liegen.
Die beschriebene Flächenleuchte mit abstimmbarer Lichtfarbe erzeugt eine weitgehend homogene Lichtfarbe und Leuchtdichte bis zum Rand der Flächenleuchte bei allen Farbtemperaturen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1462844 B1 [0002]

Claims

Flächenleuchte mit – einem Lichtleiter (1), – Lichtquellen (2), die für eine erste Farbe vorgesehen sind, – Lichtquellen (2), die für eine von der ersten Farbe verschiedene zweite Farbe vorgesehen sind, – Lichtquellen (2), die für eine von der ersten Farbe und der zweiten Farbe verschiedene dritte Farbe vorgesehen sind, und – einer Strahlfläche (3), die einen Querschnitt des Lichtleiters (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lichtquellen (2) seitlich zu der Strahlfläche (3) in Reihen (21, 22, 23, 24) angeordnet sind, die entlang Randseiten (31, 32, 33, 34) oder entlang Abschnitten von Randseiten (31, 32, 33, 34) der Strahlfläche (3) verlaufen, und – jede der Reihen (21, 22, 23, 24) entweder nur Lichtquellen (2), die für die erste Farbe oder für die zweite Farbe vorgesehen sind, oder nur Lichtquellen (2), die für die dritte Farbe vorgesehen sind, aufweist.
Flächenleuchte nach Anspruch 1, bei der die Randseiten (31, 32, 33, 34) der Strahlfläche (3) und die Reihen (21, 22, 23, 24) der Lichtquellen (2) geradlinig sind.
Flächenleuchte nach Anspruch 1 oder 2, bei der – die Reihen (21, 22, 23, 24) mindestens eine erste Reihe (21), eine zweite Reihe (22), eine dritte Reihe (23) und eine vierte Reihe (24) umfassen, – die erste Reihe (21) und die zweite Reihe (22) nur Lichtquellen (2) aufweisen, die für die erste Farbe oder für die zweite Farbe vorgesehen sind, – die dritte Reihe (23) und die vierte Reihe (24) nur Lichtquellen (2) aufweisen, die für die dritte Farbe vorgesehen sind, und – die erste Reihe (21) und die zweite Reihe (22) durch die dritte Reihe (23) und die vierte Reihe (24) voneinander getrennt sind.
Flächenleuchte nach Anspruch 3, bei der in der ersten Reihe (21) und in der zweiten Reihe (22) die Lichtquellen (2), die für die erste Farbe vorgesehen sind, und die Lichtquellen (2), die für die zweite Farbe vorgesehen sind, abwechselnd oder in einem periodischen Wechsel angeordnet sind.
Flächenleuchte nach Anspruch 3 oder 4, bei der die erste Reihe (21) und die zweite Reihe (22) kürzer sind als die dritte Reihe (23) und die vierte Reihe (24).
Flächenleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Strahlfläche (3) rechteckig ist und die Randseiten (31, 32, 33, 34) ein maximales Längenverhältnis von 5:1 aufweisen.
Flächenleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die erste Farbe grün oder grünlich-weiß ist, die zweite Farbe eine Wellenlänge im Bereich von 600 nm bis 700 nm aufweist und die dritte Farbe blau oder bläulich-weiß ist.
Flächenleuchte nach Anspruch 7, bei der die erste Farbe einen Farbort im Bereich 0,31 < C_x < 0,45 und 0,32 < C_y < 0,61 aufweist und die dritte Farbe einen Farbort im Bereich 0,20 < C_x < 0,31 und 0,10 < C_y < 0,38 aufweist.
Flächenleuchte nach Anspruch 7, bei der die erste Farbe einen Farbort im Bereich 0,36 < C_x < 0,44 und 0,45 < C_y < 0,55 aufweist und die dritte Farbe einen Farbort im Bereich 0,22 < C_x < 0,27 und 0,18 < C_y < 0,27 aufweist.
Flächenleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Lichtquellen (2) lichtemittierende Dioden sind.