DE2008072C3 - Fur Leuchtbilder geeigneter Leucht baustein - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen für Leuchtbilder
geeigneten Leuchtbaustein mit mindestens einer in allen Richtungen mit annähernd gleicher Intensität
strahlenden elektrolumtneszenten Leuchtdiode sowie mit einem die Leuchtdiode umgebenden
Reflektor, dessen Abstrahlfläche mindestens gleich dem Zehnfachen der Licht ausstrahlenden Querschnittsfläche
der Diode in einer zu der Abstrahlfläche parallelen Richtung ist, wobei die Querschnittsfläche
der Diode kleiner als 1,3 mm2 ist.
Die jüngsten Fortschritte in der Verbesserung des Wirkungsgrades und der Betriebssicherheit von elektrolumineszenten
Dioden zeigen, daß diese Elemente auf vielen Anwendungsgebieten an Stelle von Glühlampen
eingesetzt werden können. Gegenwärtig ist jedoch ihre Anwendung noch stark beschränkt, weü
das Diodenmaterial sehr teuer ist; das begrenzt die Größe bzw. die Abmessungen dieser Elemente für
den hier zu betrachtenden Anwendungsfall. Beim derzeitigen Stand der Entwicklung sind die Materialkosten
bei kleinen Leuchtbildern für den Bereich eines normal großen Schriftzeichens noch so hoch,
daß sich Schriftzeichenanordnungen mit derartigen
ίο Elementen wegen ihres großen wirtschaftlichen Aufwandes
verbieten, es sei denn, daß der Aufwand wegen besonders hoher Ansprüche gerechtfertigt ist.
Dasselbe Problem besteht bei der Anwendung dieser Elemente als Anzeigelampen. Obwohl hier die Be-
trachtungs- bzw. Leuchtfläche klein ist, ist der Kostenaufwand für das Material unerwünscht, weil derartige
Lampen billig sein sollen.
Es ist bereits ein Leuchtbaustein mit einer Leuchtdiode und einem Reflektor bekannt (deutsche Auslegeschrift
1 262 448), welcher wie der eingangs erwähnte aufgebaut ist, und bei dem der Reflektor
sphärisch oder parabolförmig gekrümmt ist. Beide Reflektorformen bündeln zwar das von der Leuchtdiode
ausgesandte Licht, doch ist der mit diesen
»5 Leuchtzeichen erzielte Kontrast bei Verwendung
einer einzigen Leuchtdiode für technische Anwendungen im allgemeinen nicht befriedigend. Dies wird
dadurch ausgelöst, daß ein gleichmäßig heller Fleck für das Auge nicht besonders auffällig ist.
3« Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtbaustein zu schaffen, welcher bei normaler
Raumbeleuchtung für das Auge deutlich wahrnehmbar ist.
Die Aufgabe wird bei einem Leuchtbaustein der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reflektor aus einzelnen ebenen oder
kegelförmigen Flächen aufgebaut ist, welche unmittelbar aneinander anschließen und derart gegenüber
der Abstrahlfläche des Reflektors geneigt sind, daß weiter außen liegende Flächen stärker geneigt sind
als weiter innen liegende Flächen.
Es ist an sich bekannt, (USA.-Patentschrift 2 341658) zu Beleuchtungszwecken facettierte Reflektoren
zu verwenden, wobei jedoch mit der Licht-
quelle eine große Fläche eines Gebäudes angestrahlt wird und dabei eine optimale Beleuchtungsstärke an
dem beleuchteten Objekt eraelt wird. Der Betrachter blickt aber in diesem Fall auf das beleuchtete Objekt
und normalerweise nicht auf die Austrittsöffnung des
50 Reflektors.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßca Leuchtbausteins wird im Folgenden erläutert, wobei
unter dem Ausdruck »facettierter Reflektor« ein Reflektor mit ebenen oder kegelförmigen Flächen ver-
standen wird, welche unter einem bestimmten Winkel aneinanderstoßen.
Es sei angenommen, daß die Diode eine punktförmige Lichtquelle ist (diese Annahme ist wegen der
aus wirtschaftlichen Gründen notwendigen geringen Abmessungen der Diode gerechtfertigt). Das Licht
strahlt in allen Richtungen mit annähernd gleicher Intensität ab. Es erscheint daher von allen Betrachtungspunkten
aus intensiv, aber sehr klein. Übliche Dioden sind so klein, daß ihre Licht abstrahlenden
Querschnittsflächen an der Grenze des Auflösungsvermögens des Auges ist, so daß das Licht, obwohl
es sichtbar ist, subjektiv unangenehm zu betrachten ist. Ein aus solchen Lichtquellen aufgebautes Schrift-
zeichen-Format erscheint als ein Bereich unangeneh- gleiche ^^"SJS
mer Lichtpunkte und ist kaum wirkungsvoll. diesem Fall aut einem
Der erfindungsgemäße facettierte Reflektor ver- 21 befestigt ist. irht<;tärkekurven nach F i g. 1
größert die Licht ausstrahlende Querschnittsfläche Ein Vergleich der L^tarkekurv Darsteliung
liner Diode. Jede der ebenen oder kegelförmigen 5 und 2 gibt an Hand °f ^Γ g?P"uierten Reflektors
Flächen des Reflektors reflektiert das Licht der den technischen Erfolg des faceu. ^
D<ode, so daß der Betrachter anscheinend viele, über wieder. Unter normalen Be^gf™ , zwischcn
die Abstrahlfläche des facettierten Reflektors ver- leuchtung schwankt Jer "dJg^3i beleuchteten
teilte, Licht ausstrahlende Dioden sieht. Wenn die 5 Fuß-Candella «je.nem ^«^ besonders
Reflektorflächen kegelförmig sind, erscheint das re- io Raum bis zu 1W ™™" ein lichtbaustein
flektierte Licht von jeder Reflektorfläche als Ring gut ^»^^ *a"™n ™*™ werden soll, so ist es
oder Kreis. Für die Funktionsweise des facettier- ausreichend gut ^rgenommen ™ ^ Dioden
ten Reflektors ist dabei die Wahl der Abmessungen notwendig, daß das, Licni aer h Hinterbedeutungsvoll.
Die Abstände zwischen den reflek- zur Kontrastbildung m t dem en' ntersu.
tierten Bildern auf den verschiedenen Reflektorflä- 15 grund genügead stark ist. AJ B eines
chen sind klein genug, so daß das Auge diese Bilder chungen hat «ch ergeben, da» r „^^
nicht klar auflöst Der Betrachter hat den Gesamtein- Leuchtbauste.ns im allgern^men ^ nder Pe_
druck einer gleichmäßigen Lichtquelle, deren Aus- gen soll, und daß ert 98 ^m B^ p . ,
strahlung über die Abstrahlfläche des facettierten gel sehr erwünscht ist Das Meuerg Diode
Reflektors gleichmäßig verteilt ist. Von wesentlicher M zeigt, daß die in ™_r 7^, Bereich erfüllt,
Bedeutung ist die Erkenntnis, daß derselbe Effekt d.ese Bedingungen ur im ™Jle™ djrekt oberhalb
nicht mit einem gewöhnlichen Reflektor erzielt wer- namhch in de^'8en ^ Querschnittsfläche der
den kann, und dab die Wirkung auch nicht be, Dio- der L cht ^51™^"^ ist daß eine solche
den mit größeren Querschnittsflächen auftritt, da Diode hegt. D» *o^"*Sn" n Abmessungen hier
das Auge eine Anzahl von Punkten oder Ringen *5 Lichtquelle wegen ihrer genngen _ £.
aufzulösen vermag. Bei einem üblichen, z. B. sphä- unabhängig von ihrer »™g*ei Leucht-
risch gekrümmten Reflektor wird demgegenüber das ist, .st auch ein dieses kleinem
Licht gleichmäßig über eine große Abstrahlfläche ge- bild' nIch^'r^un 7 g e"V"H wird infolge des facettierten
streut, so daß die an jedem Punkt vorhandene Licht- Wie F1 fr2.««1'*'!^ Leuchtdichte enlschei-
intensität dieses Bereiches unter bestimmten Bedin- 30 Reflektors 21 dei^Verlau^ d«-ixu ^^_
gungen für die genaue Wahrnehmung nicht ausre,- ^^^^,^^^Sdela, wird über die ge-
SB5S
SBi7 . 5SSS5S5
Fig. 1 eine graphische Darstellung des in vertika- 35 tor40 erhöht wird, und Twar η
ler Rkhtung ausgestrahlten Lichtstromes einer klei- Leuchtflache von 0 01 mm und
nen elektrolumineszenten Diode in Abhängigke.t von durchmesse des Reflek orsb ^g ^
der seitlichen Entfernung von der Diodenmitte, Kif£™J · 8- . "%£e empfohlene Wert - über
F i g. 3 eine Draufsicht auf einen erf.ndungsgema- Punkten m' K^^rtam die Tendenz>
ßen Leuchtbaustein zur Darstellung von Ziffern ÄSSn £rdS Vorhandene8 Licht zu inte-
F i g. 4 einen Querschnitt durch einen balkenform,- 45 das im gtSamten Ber«cn gleichmäßig aus-
gen T8eil des Leuchtbausteins nach Fig.3 längs der gwtn,» daßder^Bejjdh^^^ ^ ^
LinFig41'einen Längsschnitt durch einen balkenför- ^^^^^^
m,gen8Tei. des Leuchtbausteins nach F,g.3 längs
^e^rspektivische Ansicht e,er anderen 5 ^^^^^^^XT^
Ausführungsfonn eines Leuchtbauste.ns nach der Er- ^*JJ^J g^SEte „r Verfügung steht so ist
""iniig. 1 ist die Lichtstärke des von der Licht eine ^^JS^A^ V«Ä
ausstrahlenden Querschnittsfläche einer elektrolum,- 55 ^^ff ^fn S der durch die Hinneszenten
GaP-Diode in vertikaler Richtung abge- "^'f^S gegebene Schwellenwert die
strahlten Lichtes in Abhängigkeit von der seitlichen l"f™"^MC„ä"fkeft g ei„es kontinuierlich geEntfernung
von der Diodenmitte graphisch darge- Β1^™»^.«"?.^*"o ist das Leuchtbild nicht
stellt. Dabd ist auf der Ordinate die Leuchtdichte .η Κ™™?"^^^ Lichtstärke punktför-Candela
aufgetragen, während auf der Absz.sse ein 60 ,,chtba JJemMibr d ese ^^.^ nach
beliebiges Längenmaß von 0 bis 100 aufgetragen ist. mg vertei t wwd, w^e m ^ Lichtstärke die.
Die Mißkurve wurde durch Abtasten des in vert.ka- Fig.2 "«^"^^Schwellenwert, d.h., das Auge
ler Richtung abgestrahlten Lichts mit «Min Photo- ^^^ί^Ι erkennen, und es entsteht der
meter über der Oberfläche erhalten. Der Trager 10 kann die Ellung _ ^ ^ ^^
für die Diode 11 besteht aus Berylliurnoxid, welches 65 Umdruck wie oben ^ ^ Spitzenwert
zur Erzielung hoher Reflexionsfähigke.t ausgewählt AbsUah£jd^d«^
. 2 zeigt die entsprechende Kurve für die Es ergibt sich also, daß sich der technische Erfolg
des erfindungsgemäßen Leuchtbausteins aus der Ver- samtwirkung nicht von Bedeutung. Sehr häufig wer-
einigung von zwei Merkmalen ergibt, nämlich durch den die Dioden aus quadratischen Scheiben, soge-
dic Verwendung einer elektrolumineszenten Diode, nannten »chips« hergestellt). Die Abmessungen sind
deren Licht abstrahlende Querschnittsfläche derart für die Wahrnehmung einer üblichen Größe des
begrenzt ist, daß deren Größe an der Grenze des 5 Schriftzeichens angegeben. In jedem Balkcnstrich ist
Auflösungsvermögens des Auges liegt, und — in eine Diode 30 montiert, und die Balken sind in der
Kombination hiermit — der facettierte Reflektor. Da Mitte ausgespart und mit schrägliegenden Reflektor-
die Abmessungen der Abstrahlfläche des Reflektors flächen versehen, die bis zur Oberfläche des Balkens
von Bedeutung für die Erfindung sind, ist es zweck- an dessen Stirnenden reichen. Die Balken bilden da-
mäßig, dieses Merkmal besonders zu erläutern. Die io her Leuchtkammern, deren Form aus dem in Fig.4
Dioden-Querschnittsfläv ien, wie sie für viele der em- dargestellten Querschnitt (vgl. die Linie 4-4 in
pirischen Untersuchungen im Zusammenhang mit Fig. 3) und aus dem in Fig. 5 gezeigten Längs-
der Erfindung verwendet worden sind, hatten eine schnitt (vgl. Linie 5-5 in Fig. 3) ersichtlich ist. Bei
Größe von 0,01 mm;. Unter Berücksichtigung de: diesem Ausführungsbeispiel sind typische Abmessun-
Materialkosten und der optischen Grundlage, die für 15 gen verwendet.
die Erfindung von Bedeutung sind, wird angenom- Das Element hat einen Sockel 31, auf dem die
men. daß die Erfindung für clektrolumineszente Dio- elcklrolumineszente Diode 30 angeordnet ist. Die erden
anwendbar ist, deren leuchtender Bereich kleiner ste Reflektorfläche 33 beginnt verhältnismäßig dicht
als 1,3 mm2 ist. an der Grundfläche des Sockels (Fig. 5). Die er-
Hinsichtlich der an den facettierten Reflektor bzw. 20 höhte Anordnung der Diode auf dem Sockel erhöht
dessen Aufbau zu stellenden Anforderungen gilt das den Gesamt-Lichtstrom, der von den drei Reflektor-Folgende:
Da die bezüglich der Abstrahlfläche des flächen 33. 34 und 35 reflektiert wird. Diese Reflek-Reflektors
schwach geneigten Reflektorflächen nach torflächen sind paarweise einander gegenüberliegend
F i g. 2 »Dunkelpunkte« in dem Leuchtdichteprofil vorhanden Die leichte Neigung der Seitenwände, wie
erzeugen, ist es normalerweise wünschenswert, daß 25 sie aus F i g. 4 ersichtlich ist, unterstützt ebenfalls die
diese Reflektorflächen nicht mehr als ein Viertel der Reflcxionswirkung der Gesamtanordnung,
gesamten Abstrahlfläche des Reflektors einnehmen. Diese facettierte Leuchtkammer mit schlitzförmi-Eine Möglichkeit, diesen wirkungslosen oder weniger ger Öffnung kann mit Vorteil auch für Buchstabenwirksamen Bereich zu verringern, besteht darin, die Formate und andere Leuchtbausteine mit Strichforerste Facette benachbart zur Diode anzuordnen (wie 30 mat verwendet werden.
gesamten Abstrahlfläche des Reflektors einnehmen. Diese facettierte Leuchtkammer mit schlitzförmi-Eine Möglichkeit, diesen wirkungslosen oder weniger ger Öffnung kann mit Vorteil auch für Buchstabenwirksamen Bereich zu verringern, besteht darin, die Formate und andere Leuchtbausteine mit Strichforerste Facette benachbart zur Diode anzuordnen (wie 30 mat verwendet werden.
in einem der noch zu beschreibenden Ausführungs- Die aus F i g. 5 ersichtliche Dimensionierung zeigt,
beivpiele). Zur Erzielung der gewünschten Wirkun- daß die Licht ausstrahlende Querschnittsflächc der
gen gemäß der Erfindung sind mindestens zwei Re- Diode weniger als 0.3β * des gesamten sichtbaren Beflektorflächen
erforderlich. Auf Grund des Ergebnix- reiches (Schlitzöffnung) der reflektierenden Oberses
ausführlicher Untersuchungen ist zu empfehlen, 35 fläche beträgt. Dieser spezielle Leuchtbaustein ist für
daß eine der ebenen oder kegelförmigen Flächen einen subjektiven Eindruck sehr wirkungsvoll. Es
einen Winkel von mindestens 35 gegenüber der versteht sich, daß die Verwendung kleinerer Reflek-Abstrahlfläche
des Refiekiors besitzt, während die toren oder eines größeren Diodenbereiches im Verandere
einen Winkel von mindestens 60 zu dieser hältnis zur Abstrahlfläche des Reflektors mindestens
Bezugsfläche besitzt. Diese Winkellagen haben eine 40 ebenso zweckmäßig sind. Beispielsweise kann ein
gute Weitwinkelsicht ergeben. Bei Anwendung von Größenverhältnts zwischen der Dioden-Querschnittsmehr
als zwei Reflektorflächen können mit Vorteil fläche und der Abstrahlfläche des Reflektors von
Winkel zwischen diesen Werten und außerhalb dieser 1:10 vorgesehen werden.
Werte vorgesehen werden. Die Vergrößerung des Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leucht-Winkeis
der am weitesten außen liegenden Reflektor- 45 baustcins können verschiedene Verfahren angewandt
fläche erhöht die Wirksamkeit der mit kleinerem werden. Eine einfache Technik besteht darin, die fa-Winkel
angeordneten Reflektorflächen, und die Er- eettierte Leuohtkammer durch Prägen in einer weiliöhung
der Gesamtzahl der Reflektorflächen erhöht chen Metalloberfläche herzustellen. Alle Metalle, die
die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte. Daraus er- genügend weich und verformbar sind, sind im Zugibt
sich, daß die zweite dieser beiden Maßnahmen. 50 sammenhang mit diesem Prägeverfahren zweckma
wenn sie zu weitgehend angewandt wird, die mit ßig.
der Erfindung erstrebte Wirkung aufheben kann. Ein besonders zweckmäßiges Verfahren zur Her
Darum soflte die Anzahl der wirksamen einzel- stellung eines Leuchtbausteins nach F i g. 3 bis 5 be
nen Reflektorflächen auf einer Seite der Diode auf steht darin, den Reflektor unter Verwendung eine;
vier oder weniger beschränkt werden. 55 transparenten Kunststoffes za pressen oder zu sprti
Wie bereits vorstehend erläutert wurde, kann das zen. wobei die inneren Reflektorflachen durch Aul
erfindungsgemäße Prinzip mit Vorteil bei Leucht- sprühen oder Aufdampfes eines geeignete* rcflcktic
Schriftzeichen angewandt werden. Von diesen renden Materials verspiegelt werden können. D*
Schriftzeichen sind Leuchtzahlen bzw. Leuchtziffern Anordnung nach Fig.S kaan aber auch seihst al·
hauptsächlich interessant. Das Sieben-Strich- bzw 60 Form verend werden; der Reflektor wird dann ti
Sieben-Bakcn-Zeichen ist for nsnneriscbe Anzeigen dieser Form unter Verwendimg einer Patrize bergfr
gebräuchlich geworden: eh) Ausfühntngsbejspiel der stellt. Bei dieser Art der Hersteftang kann die Diode
Erfindung wird daher im Zusammenhang mit diesem vor dem Gießen io der Form aageordaet werden, st
Zeichen beschrieben daß sie beim Gieße« ekselt wad. Es könnet
F i g. 3 zeigt cmc Draufsicht auf em Sieben- 65 auch vor dem Gießen gi Elektroden bzw. An
Strich-Zeichen unter Verwendung von elektrolumi- schlußfahnen eordnet werden. Eine so berge
ncsTcntcr Dioden 30 mit krcisiunder Oberfläche stellte Baugruppe ist in Fig.6 dargestellt, die ein
(diese Form ist aK Beispiel gewählt, aber für die Gc- perspektivische Ansicht eines Leuchtbaosteins in
Sieben-Balken-Format zeigt, bei dem die Deckplatte 60 mit den facettierten Leuchtkammern 61 eine Einheit
bildet. Die gesamte Baugruppe ist in einem Stück gepreßt oder gegossen, wobei die elektrolumineszenten
Dioden 62 vor dem Formvorgang in der Preß- bzw. Gießform angeordnet und daher während
des Formvorganges in die Baugruppe fest eingefügt wurden. Von diesem Formstück ragen Diodenanschlüsse
63 nach außen. Die facettierten Flachen 64 werden mit einem reflektierenden Überzug beschichtet,
z. B., mit aufgedampftem Aluminium.
Die Grenzlinien der Reflektorflächen sind nach F i g. 3 gekrümmt. Bei der schlitzförmigen Ausbildung
sind gerade verlaufende Grenzlinien ebenso wirkungsvoll. Bei dem üblichen Schriftzeichen-Format
ist es für die Lesbarkeit erforderlich, die Länge des Schlitzes mindestens um den Faktor 3,5 größer
zu wählen ais die mittler Schlitzbreite., Allerdings sind für bestimmte Fälle Ausnahmen hinsichtlich
dieser Bedingungen zu machen, z.B., für Bindestriche, Punkte oder bestimmte Striche bzw. Balken
einer komplexen Anordnung.
Eine Neigung der Kammer-S'.-itenwändc, wie sie
aus F i g. 4 ersichtlich ist, ist zwar nicht unbedingt erforderlich,
doch stellt sie eine bevorzugte Maßnahme dar. Die Neigung beträgt dabei weniger als 89 gegenüber
der Abslrahlfläche des Reflektors. Eine größere Neigung kann gewähk werden, um die Lesbarkeit
bei kleinem Betrachtungswinkel zu verbessern. Bei der schlitzförmigen Ausbildung, deren Dimensionierung
der beschriebenen Ausführungsform entspricht, ist es nicht angezeigt, die Seitenwand*: ebenfalls
zu facettieren. Natürlich entstehen bei den beschriebenen Leuchtkammern zahlreiche Spiegelungen
unter Mitwirkung der Seitcnwändc.
Die im Zusammenhang mit der kegelförmigen An-Ordnung der Reflektorflächen nach Fig. 2 gegebene
Empfehlung, mindestens zwei, aber nicht mehr als vier ReHektorflächen vorzusehen, muß hinsichtlich
der Ausführungsformen nach den F i g. 3 bis S noch klargestellt werden. Da hier die ebenen Seitenwinde
jede Reflektorfläche unterbrechen, ist die Anzahl dei einzelnen Schrägfläehen doppelt so groß wie im Falle
einer kegelförmigen Anordnung dieser Flächen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
309 «4«
Claims (5)
1. Für Leuchtbilder geeigneter Leuchtbaustein fmit mindestens einer in allen Richtungen mit an-
!,nähernd gleicher Intensität strahlenden elektrolumineszcntcn
Leuchtdiode sowie mit einem die Leuchtdiode umgebenden Reflektor, dessen Abstrahlfläche
mindestens gleich dem Zehnfachen der Licht ausstrahlenden Querschnittsfläche der
Diode in einer zu der Abstrahlfläche parallelen Richtung ist, wobei die Querschnittsfläche der
Diode kleiner als 1,3 mm2 ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (21 bzw.
32 bzw. 65) aus einzelnen ebenen oder kegelförmigen Flächen (z.B. 33, 34. 35) aufgebaut ist,
welche unmittelbar aneinander anschließen und derart gegenüber der Abstrahlfläche des Reflektors
geneigt sind, daß weiter außen liegende Flächen stärker geneigt sind als weiter innen liegende
Flächen.
2. Leuchtbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der ebenen
oder kegelförmigen Flächen (33, 34, 35) einen Winkel von mindestens 35°, eine andere dieser
Flächen einen Winkel von mindestens 60° gegenüber der Abstrahlfläche des Reflektors bildet.
3. Leuchlbaustein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (32, 65)
in Draufsicht die Gestalt mindestens eines Teilstückes eines Schriftzeichens hat und eine
Leuchtkammer mit schlitzförmiger Öffnung bildet, deren Längen-Breiten-Verhältnis mindestens
3.5 : 1 beträgt, und daß die Diode (30, 62) in Draufsicht etwa in der Mitte der schlitzförmigen
öffnung angeordnet ist.
4. Leuchtbaustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längsseitigen Wände der
Leüchtkammer annähernd senkrecht stehen, daß mindestens vier gegeneinander geneigte ebene
oder kegelförmige Flächen die schmalseitigen Wände der Leuchtkammer bilden.
5. Leuchtbaustein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längsseitigen Wände der
Leuchtkammer einen Winkel von weniger als 89° gegenüber der Abstrahlfläche des Reflektors
bilden.
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