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Es wird eine Beleuchtungsanordnung angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsanordnung anzugeben, die sich besonders gut für das sogenannte „Human Centric Lighting“ eignet, bei dem der Mensch im Mittelpunkt der Lichtplanung steht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Beleuchtungsanordnung eine Beleuchtungsvorrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dazu vorgesehen und eingerichtet, im Betrieb Licht zu emittieren. Insbesondere ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren. Bei blauem Licht handelt es sich dabei um Licht, das vom menschlichen Beobachter zum Beispiel unter Tageslichtbedingungen als blaues Licht empfunden wird. Insbesondere kann es sich bei blauem Licht um Licht handeln, das im CIE-Normvalenzsystem in einem Farbortbereich mit CX ≤ 0,32 und CY ≤ 0,33 liegt.
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Das blaue Licht ist insbesondere dazu ausgebildet, die Farbe des blauen Himmels nachzubilden. Dazu kann es sich bei dem blauen Licht insbesondere um Licht handeln, das im CIE-Normvalenzsystem in einem Farbortbereich mit CX < 0,27 und CY < 0,27 liegt.
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Zur Emission des blauen Lichts kann die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Lichtquellen umfassen, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung können beispielsweise Leuchtdioden sein oder Leuchtdioden umfassen. Die Leuchtdioden können zum Beispiel jeweils einen oder mehrere Leuchtdiodenchips sein oder umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Beleuchtungsanordnung eine Ansteuervorrichtung zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung. Bei der Ansteuervorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung, mit der unterschiedliche Betriebszustände der Beleuchtungsvorrichtung einstellbar sind. Beispielsweise kann mit der Ansteuervorrichtung ein Betriebszustand aus einer vorgegebenen Gruppe von Betriebszuständen ausgewählt werden. Die Ansteuervorrichtung kann dazu zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen integrierten Schaltkreis umfassen. Die Ansteuervorrichtung kann separat zur Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. Dabei ist es möglich, dass eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen der Beleuchtungsanordnung eingerichtet ist. Ferner ist es möglich, dass die Ansteuervorrichtung in die Beleuchtungsvorrichtung, zum Beispiel in ein Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung, integriert ist. Die Ansteuervorrichtung kann weiter dazu eingerichtet sein, die Beleuchtungsvorrichtung mit dem zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung notwendigen Betriebsstrom zu versorgen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Ansteuervorrichtung eingerichtet, den melanopischen Wirkungsfaktor des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten blauen Lichts einzustellen. Der melanopische Wirkungsfaktor amel,v ist ein Maß für den Einfluss einer Lichtquelle auf den zirkadianen Rhythmus und setzt sich zusammen als Quotient aus der mit einem biologischen Wirkungsspektrum Smel bewerteten spektralen Verteilung des emittierten Lichts und derselben spektralen Verteilung, bewertet mit der menschlichen Spektralempfindlichkeitskurve V(A). Der melanopische Wirkungsfaktor ist zum Beispiel in folgenden Normen definiert: DIN SPEC 5031-100:2015, CIE TN 003:2015. Mit der Ansteuervorrichtung ist es nun zum Beispiel möglich, Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung derart anzusteuern, dass bei der Emission von blauem Licht dieses Licht einen gewünschten, einstellbaren melanopischen Wirkungsfaktor aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Beleuchtungsanordnung eine Beleuchtungsvorrichtung zur Emission von blauem Licht und eine Ansteuervorrichtung zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung. Dabei ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet, den melanopischen Wirkungsfaktor des blauen Lichts einzustellen.
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Der hier beschriebenen Beleuchtungsanordnung liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Beim „Human Centric Lighting“ wird versucht, biologisch, visuell und emotional wirksames Licht zu erzeugen. Oft benötigen dabei diese verschiedenen Aspekte unterschiedliche Lichtarten in derselben Anwendung. Insbesondere die Reizung der Fotorezeptoren im Auge, die Einfluss auf den zirkadianen Rhythmus des Menschen haben, als biologische Wirkung benötigt Licht, das nicht unbedingt visuell oder emotional optimal ist. Die Fotorezeptoren im Auge umfassen dabei das Protein Melanopsin als Rezeptorfarbstoff. Über dieses Protein kann die Melatonin-Ausschüttung beeinflusst werden. Melatonin ist dabei ein Hormon im zirkadianen, das heißt den Tagesrhythmus betreffenden Regelkreises des Menschen, welches die Wach- und Schlafzeiten beeinflusst. Eine Änderung des Reizes auf die Fotorezeptoren (auch ipRGC-Reiz, wobei ipRGC englisch: intrinsic photosensitive Regional Ganglion Cells), bewirkt herkömmlich auch immer eine Änderung des Lichts, das heißt beispielsweise der Lichtfarbe.
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Eine hohe Aktivierung der Fotorezeptoren im Auge wird zum Beispiel erreicht mit Licht mit einem hohen spektralen Anteil im Bereich von blau oder cyan, welches visuell als kalt-weiß wahrgenommen wird. Eine niedrige Aktivierung geht einher mit einem reduzierten Blauanteil, der durch eine Beleuchtung mit warm-weißen Licht erreicht wird. Eine Änderung der Aktivierung, also der Reizung der Fotorezeptoren im Auge, geht in diesem Fall also einher mit einer Änderung der Lichtfarbe und der Farbtemperatur.
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Mit der hier beschriebenen Beleuchtungsanordnung ist es nun möglich, blaues Licht unterschiedlicher melanopischer Wirkungsfaktoren zu erzeugen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Ansteuerungsvorrichtung dazu eingerichtet, die Beleuchtungsvorrichtung derart anzusteuern, dass in unterschiedlichen Betriebszuständen der Beleuchtungsvorrichtung blaues Licht mit unterschiedlichen melanopischen Wirkungsfaktoren bei gleichem Farbort des blauen Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung emittiert wird. Das heißt, ohne den Farbeindruck des erzeugten blauen Lichts zu verändern, besteht die Möglichkeit, Licht mit unterschiedlichen melanopischen Wirkungsfaktoren zu erzeugen. Blaues Licht bei „gleichem“ Farbort heißt dabei, dass vom menschlichen Betrachter eine Änderung des Farborts kaum oder nicht wahrgenommen wird. Beispielsweise ändert sich der Farbort höchstens im Bereich von 3 MacAdam-Ellipsen.
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Auf diese Weise ist beispielsweise eine Beleuchtungsanordnung realisiert, die die Illusion eines blauen oder bläulichen Himmels erzeugt und zugleich verschiedene Stufen der Aktivierung, also unterschiedliche melanopische Wirkungsfaktoren, einstellbar macht, ohne die Illusion des blauen oder bläulichen Himmels sichtbar zu verändern. Dabei kann das ipRGC-Aktivierungspotential, also der melanopische Wirkungsfaktor, des emittierten blauen Lichts durch Veränderung des Spektrums des emittierten Lichts geändert werden, ohne dass der Farbort des emittierten Lichts geändert wird.
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Das von der Beleuchtungsanordnung emittierte blaue Licht dient dabei nicht primär zur Beleuchtung, sondern durch das blaue Licht wird eine emotionale Ebene bedient, die bei herkömmlichen weiß emittierenden Beleuchtungsanordnungen nicht ansprechbar ist.
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Die Beleuchtungsanordnung ist dazu eingerichtet, zumindest zwei Spektren des blauen Lichts zu erzeugen, die metamer sind, das heißt, für die sich kein visuell wahrnehmbarer Farbunterschied ergibt. Die zumindest zwei unterschiedlichen Spektren sind jedoch einerseits auf eine erhöhte oder anderseits auf eine reduzierte melanopische Wirksamkeit optimiert. Überraschend hat sich ferner gezeigt, dass durch die Verwendung von blauem Licht die biologische Wirksamkeit viel stärker variiert werden kann, als dies mit weißem Licht möglich wäre.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet, die Beleuchtungsvorrichtung derart anzusteuern, dass in unterschiedlichen Betriebszuständen der Beleuchtungsvorrichtung blaues Licht mit unterschiedlichen Farborten bei gleichem melanopischem Wirkungsfaktor des blauen Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung emittiert wird. Auf diese Weise ist es beispielsweise dem Nutzer der Beleuchtungsanordnung möglich, den Blauton des emittierten Lichts an einen bevorzugten Farbort anzupassen, ohne dabei die melanopische Wirkung des emittierten Lichts zu verändern. Damit kann das abgestrahlte Licht an die individuell bevorzugte Färbung angepasst werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine erste Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, blaues Licht zu emittieren. Die erste Lichtquelle kann beispielsweise eine Leuchtdiode umfassen, die unkonvertiertes blaues Licht emittiert. Das heißt, das blaue Licht wird insbesondere direkt durch den Betrieb eines oder mehrerer Leuchtdiodenchips erzeugt, ohne dass eine Konversion durch ein Konversionselement umfassend einen Leuchtstoff erfolgt. Dadurch weist das erzeugte Licht eine besonders geringe spektrale Bereite auf. Beispielsweise emittiert die erste Lichtquelle blaues Licht bei einer Peakwellenlänge zwischen wenigstens 445 nm und höchstens 480 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine zweite Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, grünblaues Licht zu emittieren. Die zweite Lichtquelle umfasst dabei zum Beispiel eine Leuchtdiode, die frei von einem Konversionselement ist. Das heißt, das grün-blaue Licht wird insbesondere direkt durch den Betrieb eines oder mehrerer Leuchtdiodenchips erzeugt, ohne dass eine Konversion durch ein Konversionselement umfassend einen Leuchtstoff erfolgt. Dadurch weist das erzeugte Licht eine besonders geringe spektrale Bereite auf. Eine Peakwellenlänge des grün-blauen Lichts ist dabei größer als die Peakwellenlänge des blauen Lichts der ersten Lichtquelle und liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen wenigstens 485 nm und höchstens 495 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine dritte Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, Licht im Wesentlichen im Spektralbereich von grünem bis zu rotem Licht zu emittieren. „Im Wesentlichen“ heißt dabei, dass die maximale Intensität von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner 500 nm im Spektrum des Lichts der dritten Lichtquelle höchstens ein Drittel der maximalen Intensität im Spektrum der dritten Lichtquelle beträgt. Das Licht der dritten Lichtquelle kann dazu genutzt werden, eine Sättigung des von der Beleuchtungsanordnung im Betrieb erzeugten blauen Lichts zu beeinflussen. Beispielsweise kann durch das Hinzuschalten der dritten Lichtquelle die Sättigung reduziert werden, sodass die Lichtfarbe von tiefblau in den gräulich-blauen Bereich geändert wird.
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Das Licht der dritten Lichtquelle zeichnet sich dabei durch eine besonders große spektrale Breite aus. Beispielsweise kann die Halbwertsbreite wenigstens 170 nm betragen. Insbesondere ist die Halbwertsbreite des Spektrums des Lichts der dritten Lichtquelle größer als die Halbwertsbreite des Spektrums des Lichts der ersten Lichtquelle und größer als die Halbwertsbreite des Spektrums des Lichts der zweiten Lichtquelle.
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Die dritte Lichtquelle kann dazu ein Konversionselement umfassen, das dazu eingerichtet ist, blaues Licht im Wesentlichen vollständig in niederenergetischeres Licht zu konvertieren. Das heißt, die dritte Lichtquelle umfasst zum Beispiel einen oder mehrere Leuchtdiodenchips, die im Betrieb blaues Licht emittieren. Dieses blaue Licht wird von einem nachgeordneten Konversionselement in Licht anderer Farben konvertiert. Das Konversionselement kann dabei unterschiedliche Arten von Leuchtstoffen umfassen, sodass das blaue Licht beispielsweise in grünes, gelbes und/oder rotes Licht konvertiert wird. Dabei ist das Konversionselement zum Beispiel so dick gewählt, dass kein oder kaum blaues Licht die dritte Lichtquelle verlässt, sondern vollständig in niederenergetischeres Licht konvertiert wird.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann mehrere dritte Lichtquellen umfassen, die sich zum Beispiel hinsichtlich der verwendeten Leuchtstoffe im Konversionselement voneinander unterscheiden können.
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Insbesondere ist es möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung zwei unterschiedliche erste Lichtquellen, eine zweite Lichtquelle und zwei unterschiedliche dritte Lichtquellen umfasst. Die beiden dritten Lichtquellen können sich insbesondere im Hinblick auf den Anteil von rotem Licht in ihrem Emissionsspektrum voneinander unterscheiden. Die beiden ersten Lichtquellen unterscheiden sich zum Beispiel hinsichtlich der Peakwellenlänge des erzeugten blauen Lichts. So kann eine erste Lichtquelle blaues Licht bei einer Peakwellenlänge erzeugen, die um wenigstens 10 nm, insbesondere wenigstens 20 nm kleiner ist, als die Peakwellenlänge des blauen Lichts der anderen ersten Lichtquelle. Die Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung sind unabhängig voneinander betreibbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu vorgesehen, das blaue Licht von einer ersten Abstrahlseite und weißes Licht von einer der ersten Abstrahlseite abgewandten, zweiten Abstrahlseite zu emittieren. Auf diese Weise ist es mit der Beleuchtungsanordnung möglich, zum einen Licht abzustrahlen, mit dem eine bestimmte melanopische Wirkung erzielt werden soll. Zum anderen kann weißes Licht, insbesondere in eine andere Richtung als das blaue Licht, abgestrahlt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Beleuchtungsanordnung dazu vorgesehen, das blaue Licht in Richtung einer Decke eines Raums zu emittieren. Das heißt, das blaue Licht ist nicht zur direkten Beleuchtung vorgesehen, sondern zur indirekten Beleuchtung. Mit dem blauen Licht kann beispielsweise an der Decke eines Raums die Illusion eines blauen Himmels erzeugt werden. Das blaue Licht ist dabei hinsichtlich seiner melanopischen Wirkung einstellbar. Blaues Streulicht zum Beispiel reflektiert an der Decke, trifft auf den Benutzer der Beleuchtungsanordnung und entfaltet dort seine melanopische Wirkung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu vorgesehen, das weiße Licht in Richtung weg von einer Decke eines Raums zu emittieren. An der der Decke abgewandten Seite kann die Beleuchtungsvorrichtung in dieser Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung das Licht in den Raum hinein abstrahlen, um dort zur Beleuchtung zu dienen. Die melanopische Wirkung des insgesamt von der Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Lichts kann durch die Änderung des melanopischen Wirkungsfaktors des blauen Lichts eingestellt werden, ohne dass dazu die Lichtfarbe des blauen Lichts oder der Weißton des weißen Lichts verändert wird.
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Im Folgenden wird die hier beschriebene Beleuchtungsanordnung anhand von Ausführungsbeispielen in den zugehörigen Figuren näher erläutert.
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In den 1, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 5C ist eine hier beschriebene Beleuchtungsanordnung anhand von schematischen Darstellungen und grafischen Auftragungen erläutert.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsanordnung. Die Beleuchtungsanordnung umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 1. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst mehrere Lichtquellen 14, 15, 16 (siehe dazu beispielsweise die 2A, 2B und 3B). Die Beleuchtungsvorrichtung 1 emittiert im Betrieb blaues Licht 11, beispielsweise zur Decke 5 eines Raums hin.
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Ferner ist es möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung an ihrer der Decke 5 abgewandten Seite weißes Licht 12 in den Raum hinein, zum Beispiel zu einem Objekt 2 und einer Person 3, emittiert. Das blaue Licht 11, das im Betrieb von der Beleuchtungsvorrichtung 1 emittiert wird, kann an der Decke 5 reflektiert oder gestreut werden und auf diese Weise in den Raum hinein, zum Beispiel zur Person 3 hin, abgestrahlt werden.
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Die Beleuchtungsanordnung umfasst weiter eine Ansteuervorrichtung 4, zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung 1. Die Ansteuervorrichtung 4 kann beispielsweise die Lichtquellen 14, 15, 16 der Beleuchtungsvorrichtung unabhängig voneinander betreiben. Die Ansteuervorrichtung ist dabei dazu eingerichtet, den melanopischen Wirkungsfaktor des blauen Lichts 11 einzustellen.
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Dies kann beispielsweise wie in Verbindung mit den grafischen Darstellungen der 2 bis 5 erläutert erfolgen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann wie in der 2A schematisch dargestellt, eine erste Lichtquelle 14 umfassen, bei der es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode mit wenigstens einem Leuchtdiodenchip handelt. Die erste Lichtquelle 14 erzeugt im Betrieb das anhand eines Spektrums dargestellte blaue Licht mit einer Peakwellenlänge λp von kleiner 450 nm, insbesondere ca. 446 nm. In den 2 bis 5 ist dabei die optische Strahlungsleistung I pro Wellenlänge, aufgetragen in beliebigen Einheiten gegen die Wellenlänge A aufgetragen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiter eine dritte Lichtquelle 16, 2B, die beispielsweise einen Halbleiterkörper 16a und ein Konversionselement 16b umfasst. Im Halbleiterkörper 16a kann im Betrieb blaues Licht erzeugt werden, welches vom Konversionselement 16b im Wesentlichen vollständig in Licht mit einer Wellenlänge von ≥ 500 nm konvertiert wird.
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Die Kombination des Lichts der ersten Lichtquelle 14 und der dritten Lichtquelle 16 ergibt das in der 2C dargestellte Spektrum mit einem Farbort CIEXY = (0,218/0,262) und einem melanopischen Wirkungsfaktor amel,v = 1,10.
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Bei dieser Beleuchtungsvorrichtung kann nun, wie in Verbindung mit den 3A bis 3D beschrieben, eine zweite Lichtquelle 15, vergleiche 3B, zugeschaltet werden, die eine Peakwellenlänge λp bei ca. 500 nm, insbesondere 490 nm aufweist. Die erste Lichtquelle 14 der 3A erzeugt im Betrieb das anhand eines Spektrums dargestellte blaue Licht mit einer Peakwellenlänge λp von ca. 475 nm.
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Ferner umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine weitere dritte Lichtquelle 16, vergleiche die 3C. Im Unterschied zur dritten Lichtquelle 16 der 2B ist die weitere dritte Lichtquelle mit einem erhöhten Anteil im Spektralbereich von rotem Licht gewählt. Auf diese Weise kann Licht beim gleichen Farbort wie beim Spektrum der 2C erzeugt werden, wobei der melanopische Wirkungsfaktor bei 2,11 und damit fast doppelt so hoch wie für das Spektrum der 2C liegt. Dies ist mit dem Spektrum der 3D realisiert. Dieses Spektrum ergibt sich durch Überlagerung der Spektren der 3A, 3B, 3C.
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Für das Licht des Spektrums der 4C wird das Licht der ersten Lichtquelle 14 aus der 3A und der zweiten Lichtquelle 15 aus der 3B zum Spektrum der 4A kombiniert. Dieses Spektrum wird mit dem Spektrum der weiteren dritten Lichtquelle 16 der 3C zum Spektrum der 4C kombiniert. Es resultiert blaues Licht 11 mit einem Farbort CIEXY = (0,313/0,329), einer korrelierten Farbtemperatur von circa 6500 Kelvin und einem Farbwiedergabeindex CRI von 57 bei einem melanopischen Wirksamkeitsfaktor von 1,26.
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Für das Licht des Spektrums der 5C wird das Spektrum der 2C, das aus dem Licht der ersten Lichtquelle 14 der 2A und der dritten Lichtquelle 16 der 2B resultiert, mit dem Spektrum der weiteren dritten Lichtquelle der 3C kombiniert. Es resultiert blaues Licht 11 beim gleichen Farbort und mit der gleichen Farbtemperatur wie für das Spektrum der 4C. Der Farbwiedergabeindex CRI liegt bei 81 und der melanopische Wirksamkeitsfaktor bei 0,736.
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Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 11
- blaues Licht
- 12
- weißes Licht
- 14
- erste Lichtquelle
- 16
- zweite Lichtquelle
- 16
- zweite Lichtquelle
- 16a
- Halbleiterkörper
- 16b
- Konversionselement
- 2
- Objekt
- 3
- Person
- 4
- Ansteuervorrichtung
- 5
- Decke eines Raums