EP1255948A1 - Leuchtdiodenanordnung mit reflektor - Google Patents

Leuchtdiodenanordnung mit reflektor

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EP1255948A1
EP1255948A1 EP01925323A EP01925323A EP1255948A1 EP 1255948 A1 EP1255948 A1 EP 1255948A1 EP 01925323 A EP01925323 A EP 01925323A EP 01925323 A EP01925323 A EP 01925323A EP 1255948 A1 EP1255948 A1 EP 1255948A1
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light
light source
opening
emitting diodes
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    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

Definitions

  • the present invention relates to a lamp according to the preamble of claim 1.
  • a generic lamp is known for example from Japanese laid-open publication JP 11-17229.
  • This describes a lighting arrangement in which a single light-emitting diode is arranged within a reflector, so that the light emitted by this light-emitting diode is used for indirect lighting.
  • the arrangement of the light source within a reflector has the advantage that the light emitted by the light-emitting diode in a relatively large solid angle is collected and reflected by the reflector and thus, in comparison to direct illumination by the light-emitting diode, a significantly larger amount of light for the lighting purposes can be used.
  • Such lighting arrangements can be used in optoelectronic components and other display devices because of the very good controllability of the light source.
  • the lighting arrangement described in JP 11-17229 is, however, limited with regard to its possible uses, since the amount of light emitted by the individual diode is not very high and is therefore not sufficient for a number of lighting purposes.
  • the present invention is therefore based on the object of improving the lighting arrangement known from JP 11-7229 in such a way that it is suitable for a large number of possible uses.
  • a lamp which has the features of claim 1.
  • a carrier surface is used as the light source, on which a plurality of light-emitting diodes are arranged.
  • This light source is arranged essentially in the longitudinal axis of a - seen from the light source - concave reflector, so that a large part of the light emitted by the light emitting diodes can be used for the desired lighting purpose.
  • the ratio between the size of the support surface and the opening of the reflector is between 1: 3 and 1:20.
  • the total amount of light is significantly higher than that of a single light-emitting diode.
  • the specified size ratio between the support surface and the reflector is found to be advantageous, since on the one hand sufficiently high luminosities can be achieved in this size range, but on the other hand no shadow casts occur in the light emitted by the reflector due to the support surface arranged in front of or within the reflector.
  • the ratio between the support surface and the opening of the reflector is preferably 1:10.
  • the aforementioned advantage that light-emitting diodes have very good controllability can also be used by arranging light-emitting diodes of different colors together on the support surface.
  • blue light-emitting diodes can also be produced with a relatively high degree of efficiency, so that any desired color tones can be achieved by a suitable combination of these three colors or by correspondingly controlling the light-emitting diodes arranged on the carrier surface.
  • the lamp according to the invention can be used for a variety of applications.
  • a practical embodiment of the invention can therefore consist in that a heat sink is arranged on the back of the carrier surface - that is to say the side opposite the light-emitting diodes - which radiates the generated heat as effectively as possible. Since the weight of the light source is relatively low, the power or control lines for the light-emitting diodes can preferably be used directly to hold the light source. These can span the reflector in the manner of a diameter, for example, so that the light source is arranged essentially in the plane of the reflector opening.
  • the power or control lines used for the holder extend from the inside of the reflector or the center of the reflector in the direction of the reflector opening, so that the distance of the light source from the reflector can be selected.
  • the light source is particularly advantageously in a focal point of the reflector, since this arrangement ensures maximum utilization of the emitted light.
  • Figure 1 shows a lamp according to the invention in a perspective view.
  • 2 shows a more detailed embodiment of the light source according to the invention.
  • Fig. 1 shows a very general embodiment of a lamp according to the invention.
  • An essential element of this lamp is a dome-shaped or concave reflector 1 whose inner walls are highly reflective.
  • a light source 2 is arranged, which consists of a plurality of light-emitting diodes arranged on a support surface.
  • the power supply and the control of the individual light-emitting diodes takes place via current and control lines 5, which span the reflector in diameter from one edge of the reflector opening to the other and at the same time serve as a holder for the light source 2.
  • a particularly advantageous embodiment consists in that the light source 2 is arranged in the focal point of the reflector 1, so that the entire light emitted by the light-emitting diodes in an angular range of 180 ° can be used for the intended lighting purpose.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the light source 2 according to the invention.
  • a multiplicity of light-emitting diode chips (dice) 4 are arranged on a carrier surface 3. These can emit light in different colors, so that different colors can be achieved with a suitable control of the light emitting diodes 4 for the light emitted by the lamp as a whole.
  • a heat sink 6 is arranged to increase the heat radiation. This will create a
  • Connection lines 5 serve both the power supply and the transmission of
  • Control signals for the targeted control of the different light-emitting diodes 4 to achieve the desired color are provided.
  • the luminaire Due to the compact arrangement of the light-emitting diode chips, a considerable luminosity can be achieved, so that the luminaire is also suitable for applications in which higher luminosities are required. At the same time, however, the light emitted by the reflector 1 is intended to achieve homogeneous illumination.
  • the size ratio according to the invention between the support surface 3 and the reflector 1 ensures that the light source 2 itself does not cause shadows.
  • the inside of the reflector is that of the Light emitting diodes 4 diffusely reflected light, which also supports mixing of the different colors.
  • the holder shown in Fig. 3a corresponds to the lamp shown in Fig. 1.
  • FIG. 3b An alternative type of suspension is shown in Fig. 3b, in which the power and control lines 5 extend obliquely downwards from the inside of the reflector, which has the advantage that the light source 2 does not necessarily have to be arranged in the plane of the reflector opening, but, for example, can also be arranged further inside the reflector 1 or even protruding.
  • the third holder shown in FIG. 3c in which the light source 2 is formed by a rod-shaped holder 5 which extends from the center of the reflector along the longitudinal axis of the reflector 1 and which can likewise contain the power and control lines.
  • the distance between the light source 2 and the reflector 1 is adjustable, so that the light cone generated by the reflector 1 can be changed by moving it along the longitudinal axis.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einer Lichtquelle (2), die mindestens einen lichtemittierenden Halbleiter aufweist, sowie mit einem - von der Lichtquelle (2) aus gesehen - konkaven Reflektor (1), wobei die Lichtquelle (2) im wesentlichen in der Längsachse des Reflektors (1) angeordnet ist. Erfindungsgemäss besteht die Lichtquelle (2) aus einer Vielzahl von auf einer Trägerfläche (3) angeordneten und steuerbaren Leuchtdioden (4), wobei das Verhältnis zwischen der Trägerfläche (3) und der Öffnung des Reflektors (1) zwischen 1:3 und 1:20 liegt.

Description

Leuchtdiodenanordnung mit Reflektor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Leuchte ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 11-17229 bekannt. Diese beschreibt eine Beleuchtungsanordnung, bei der eine einzelne Leuchtdiode innerhalb eines Reflektors angeordnet ist, so daß das von dieser Leuchtdiode emittierte Licht zur indirekten Beleuchtung verwendet wird. Die Anordnung der Lichtquelle innerhalb eines Reflektors weist dabei den Vorteil auf, daß das in einem relativ großen Raumwinkel von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht durch den Reflektor aufgefangen und reflektiert wird und somit im Vergleich zu einer direkten Beleuchtung durch die Leuchtdiode eine wesentlich größere Lichtmenge für die Beleuchtungszwecke verwertet werden kann.
Derartige Beleuchtungsanordnungen können aufgrund der sehr guten Steuerbarkeit der Lichtquelle in optoelektronischen Bauelementen sowie anderen Anzeigevorrichtungen verwendet werden. Die in der JP 11-17229 beschriebene Beleuchtungsanordnung ist allerdings hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeiten beschränkt, da die von der einzelnen Diode abgegebene Lichtmenge nicht sehr hoch und daher für eine Reihe von Beleuchtungszwecken nicht ausreichend ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus der JP 11-7229 bekannte Beleuchtungsanordnung dahingehend zu verbessern, daß diese für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch eine Leuchte, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist, gelöst. Erfindungsgemäß wird als Lichtquelle eine Trägerfläche verwendet, auf der eine Vielzahl von Leuchtdioden angeordnet sind. Diese Lichtquelle wird im wesentlichen in der Längsachse eines - von der Lichtquelle aus gesehen - konkaven Reflektors angeordnet, so daß ein Großteil des von den Leuchtdioden abgegebenen Lichts für den gewünschten Beleuchtungszweck genutzt werden kann. Dabei liegt das Verhältnis zwischen der Größe der Trägerfläche und der Öffnung des Reflektors zwischen 1 :3 und 1:20.
Das Verwenden einer Vielzahl von Leuchtdioden hat zunächst zur Folge, daß die gesamte Lichtmenge deutlich höher als die einer einzelnen Leuchtdiode ist. Ferner besteht dadurch die Möglichkeit, die Lichtquelle hinsichtlich ihrer gesamten Leuchtstärke in einem wesentlich größeren Bereich aber dennoch sehr exakt zu regulieren und unterschiedliche Helligkeitsstufen einzustellen. Gleichzeitig hat sich allerdings das angegebene Größenverhältnis zwischen der Trägerfläche und dem Reflektor als vorteilhaft herausgestellt, da in diesem Größenbereich einerseits ausreichend hohe Leuchtstärken erzielt werden können, andererseits aber durch die vor oder innerhalb des Reflektors angeordnete Trägerfläche keine Schattenwürfe in dem von dem Reflektor abgestrahlten Licht entstehen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen der Trägerfläche und der Öffnung des Reflektors 1 : 10.
Der zuvor erwähnte Vorteil, daß Leuchtdioden eine sehr gute Steuerbarkeit aufweisen, kann ferner auch dadurch genutzt werden, daß Leuchtdioden verschiedener Farben gemeinsam auf der Trägerfläche angeordnet werden. Mittlerweile können neben den bekannten roten und grünen auch blaue Leuchtdioden mit einem relativ hohen Wirkungsgrad hergestellt werden, so daß durch eine geeignete Kombination dieser drei Farben bzw. durch eine entsprechende Ansteuerung der auf der Trägerfläche angeordneten Leuchtdioden beliebige Farbtöne erzielt werden können. Somit kann die erfindungsgemäße Leuchte für eine Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet werden.
Die sehr kompakte Anordnung der lichtemittierenden Halbleiter auf dem Substrat kann zur Folge haben, daß eine relativ hohe Wärmeleistung erzeugt wird. Eine praktische Ausgestaltung der Erfindung kann daher darin bestehen, daß auf der Rückseite der Trägerfläche - also der den Leuchtdioden gegenüberliegenden Seite - ein Kühlkörper angeordnet ist, der die erzeugte Wärmeleistung möglichst effektiv abstrahlt. Da das Gewicht der Lichtquelle relativ gering ist, können vorzugsweise direkt die Strom- oder Steuerleitungen für die Leuchtdioden zur Halterung der Lichtquelle verwendet werden. Diese können beispielsweise den Reflektor durchmesserartig überspannen, so daß die Lichtquelle im wesentlichen in der Ebene der Reflektoröffnung angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit kann allerdings auch darin bestehen, daß sich die für die Halterung verwendeten Strom- oder Steuerleitungen von der Reflektorinnenseite bzw. dem Reflektorzentrum aus in Richtung der Reflektoröffnung erstrecken, so daß der Abstand der Lichtquelle von dem Reflektor wählbar ist. Besonders vorteilhaft befindet sich die Lichtquelle in einem Brennpunkt des Reflektors, da diese Anordnung eine maximale Verwertung des abgegebenen Lichts gewährleistet.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Leuchte in perspektivischer Darstellung; Fig. 2 eine nähere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtquelle; und
Fig. 3a bis 3c verschiedene Halterungsmöglichkeiten für die Lichtquelle.
Fig. 1 zeigt ein sehr allgemeines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte. Wesentliches Element dieser Leuchte ist ein kuppeiförmiger bzw. konkaver Reflektor 1 dessen Innenwände hoch-reflektierend sind. Im Schnittpunkt der Längsachse des Reflektors 1 mit seiner Öffπungsebene ist eine Lichtquelle 2 angeordnet, die aus einer Vielzahl von auf einer Trägerfläche angeordneten Leuchtdioden besteht. Die Stromversorgung und das Ansteuern der einzelnen Leuchtdioden erfolgt über Strom- und Steuerleitungen 5, die den Reflektor durchmesserartig von einem Rand der Reflektoröffnung zum anderen überspannen und zugleich als Halterung für die Lichtquelle 2 dienen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Lichtquelle 2 im Brennpunkt des Reflektors 1 angeordnet ist, so daß das gesamte in einem Winkelbereich von 180° nach oben abgestrahlte Licht der Leuchtdioden für den vorgesehenen Beleuchtungszweck verwendet werden kann.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Lichtquelle 2. Auf einer Trägerfläche 3 sind dabei eine Vielzahl von Leuchtdioden-Chips (dice) 4 angeordnet. Diese können Licht in jeweils unterschiedlichen Farben emittieren, so daß bei einer geeigneten Ansteuerung der Leuchtdioden 4 für das von der Leuchte insgesamt abgegebene Licht unterschiedliche Farbtöne erzielt werden können. An der den
Leuchtdioden 4 gegenüberliegenden Seite der Trägerfläche 3 ist dabei zu einer Erhöhung der Wärmeabstrahlung ein Kühlkörper 6 angeordnet. Hierdurch wird eine
Überhitzung der gesamten Lichtquelle 2 und somit eine Beeinträchtigung des
Wrkungsgrads oder gar eine Beschädigung der Leuchtdioden 4 vermieden. Die beiden
Anschlußleitungen 5 dienen sowohl der Stromversorgung als auch der Übertragung von
Steuersignalen zum gezielten Ansteuern der unterschiedlichen Leuchtdioden 4 zum Erzielen des gewünschten Farbtones.
Durch die kompakte Anordnung der Leuchtdioden-Chips kann eine beachtliche Leuchtstärke erzielt werden, so daß die Leuchte auch für Anwendungszwecke geeignet ist, in denen höhere Leuchtstärken benötigt werden. Gleichzeitig soll jedoch durch das von dem Reflektor 1 abgestrahlte Licht eine homogene Beleuchtung erzielt werden. Das erfindungsgemäß angegebene Größenverhältnis zwischen der Trägerfläche 3 und dem Reflektor 1 stellt dabei sicher, daß die Lichtquelle 2 selbst keinen Schattenwurf verursacht. Um das Erzeugen einer gleichmäßigen Lichtabstrahlung zusätzlich zu unterstützen, kann vorgesehen sein, daß die Reflektorinnenseite das von den Leuchtdioden 4 abgegebene Licht diffus reflektiert, was ferner auch ein Vermischen der verschiedenen Farbtöne unterstützt.
Anhand der Figuren 3a bis 3c sollen nunmehr verschiedene Halterungsmöglichkeiten für die Lichtquelle 2 innerhalb des kuppelartigen Reflektors 1 erläutert werden.
Die in Fig. 3a dargestellte Halterung entspricht dabei der in Fig. 1 dargestellten Leuchte. Als Halterung für die Lichtquelle 2 dienen dabei die Strom- bzw. Steuerleitungen 5, die vom Rand des Reflektors 1 aus diesen durchmesserartig überspannen, wobei die Lichtquelle 2 genau in der Mitte und somit in der Längsachse des Reflektors 1 angeordnet ist.
Eine dazu alternative Aufhängungsart ist in Fig. 3b dargestellt, in der sich die Strom- und Steuerleitungen 5 von der Innenseite des Reflektors schräg nach unten erstrecken, was den Vorteil hat, daß die Lichtquelle 2 nicht unbedingt in der Ebene der Reflektoröffnung angeordnet sein muß, sondern beispielsweise auch weiter innerhalb des Reflektors 1 oder sogar hervorstehend angeordnet sein kann. Diese Möglichkeit besteht auch bei der dritten in Fig. 3c dargestellten Halterung, bei der die Lichtquelle 2 durch eine sich von dem Reflektorzentrum aus entlang der Längsachse des Reflektors 1 erstreckende stabförmige Halterung 5 gebildet wird, die gleichfalls die Strom- und Steuerleitungen beinhalten kann. Hier kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß die Lichtquelle 2 in ihrem Abstand zu dem Reflektor 1 verstellbar ist, so daß durch ein Verschieben entlang der Längsachse der durch den Reflektor 1 erzeugte Lichtkegel verändert werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Leuchte mit einer Lichtquelle (2), die mindestens einen lichtemittierenden Halbleiter aufweist, und mit einem - von der Lichtquelle (2) aus gesehen - konkaven Reflektor (1), wobei die Lichtquelle (2) im wesentlichen in der Längsachse des Reflektors (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus einer Vielzahl von auf einer Trägerfläche (3) angeordneten und steuerbaren Leuchtdioden (4J besteht und das Verhältnis zwischen der Trägerfläche (3) und der Öffnung des Reflektors (1) zwischen 1:3 und 1:20 liegt.
2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Trägerfläche (3) und der Öffnung des Reflektors (1) 1: 10 beträgt.
3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (4) Licht in verschiedenen Farben emittieren.
4. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) von Strom- bzw. Steuerleitungen (5) gehalten wird.
5. Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Steuerleitungen (5) die Reflektoröffnung überspannen.
6. Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strom- bzw. Steuerleitungen (5) von der Reflektorinnenseite bzw. dem Reflektorzentrum zu der Reflektoröffnung erstrecken.
7. Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) in ihrem Abstand zu dem Reflektor (1) verstellbar ist.
8. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) in einem Brennpunkt des Reflektors (1) angeordnet ist.
9. Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Reflektors (1) diffus reflektierend ist.
10. Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Trägerfläche (3) ein Kühlkörper (6) angeordnet ist.
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