JP2000511333A - 信号、識別または標識のための発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 信号、識別または標識のための発光装置は半導体素子として、たとえば光放射ダイオードとして、または光放射ポリマーとして構成されている光源を有する。より大きい応用範囲を有する発光装置をよりわずかな構造‐技術的費用で製造し得るように、それぞれ多くの半導体素子が１つのクラスタとしてまとめられており、また発光装置は任意の数の場合によっては相い異なるクラスタからモジュール状に組み合わせ可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 信号、識別または標識のための発光装置 本発明は半導体素子として、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）として、また は発光ポリマーとして構成されている信号、識別または標識のための発光装置に 関する。 このような発光装置は最近例えば道路交通における信号装置を構成するために 使用されているが、このような発光装置の設計は特殊な使用例に対して行われて いる。従来の例えば白熱電球又はハロゲン電球として形成された光源は半導体素 子によって置き換えられている。というのは、半導体素子は一方では長い有効寿 命を有し、他方では僅かなエネルギーで作動可能であるからである。このような 半導体素子を使用することによって、何らかの光学的放射フィルタリングを必要 とすることなく、予め定められた色の光放射を行うことができる。この半導体素 子が光を放射する波長範囲は、種々異なった強さで光を放射する場合にも、非常 に狭くしかも一定に保たれ続ける。このような半導体素子は可視範囲の外では放 射、特に赤外放射又は紫外放射をほとんど発生しない。このような半導体素子の 寿命は、通常の白熱電球又はハロゲン電球の１０００〜１５００時間に比較して 、約７００００時間である。 本発明の課題は、遥かに少ない構成費用で種々の要求に適合することができし かも個々の半導体素子が故障した場合でも整然と継続して点灯可能である、信号 、識別または標識のための冒頭で述べた種類の発光装置を提供することにある。 この課題は、本発明によれば、それぞれ多くの半導体素子が１つのクラスタに まとめられ、また発光装置が任意の数の場合によっては種々のクラスタからモジ ュール状に組み合わせ可能であることにより解決される。このクラスタに設けら れた半導体素子の故障が比較的僅かな個数である場合、クラスタの機能は本質的 に妨げられない。要求に応じて発光装置をモジュール状に構成することができる ことによって、比較的僅かな個数の異なったクラスタから、種々の要求及び事情 に適合し得る多数の種々の発光装置を製作することができる。 １つのクラスタに２ないし２００、好ましくは２ないし３０の半導体素子が属 するようにすることができる。これにより半導体素子の故障が補償され得る。 本発明による発光装置は、有利な実施態様では、多数の個々のクラスタ、たと えば１ないし３０、好ましくは１ないし１６のクラスタから成るクラスタ装置と して構成されていてよい。これにより発光装置の空間的な光分布が予め与えられ た要求に相応して最適化され得る。発光装置のグローバルな測光特性はクラスタ 装置により決定される。 本発明による発光装置の有利な実施形態では、好ましくは枠なしに構成されて いるクラスタの半導体素子が共通の基板の上に配置されている。 半導体素子を保持する基板がその半導体素子のほうに向けられた側に反射性材 料から成る層を設けられているならば、クラスタまたは発光装置の出射面の方向 に向けられていない半導体素子の放射成分が十分にそこから偏向されることが保 証されている。 半導体素子の出射側に鏡表面が配置され、それにより半導体素子の放射方向が 偏向される本発明の実施形態によれば、発光装置の放射方向は鏡表面の位置決め に応じて実際上任意に定められ得る。 発光装置の出射面積が寸法的にほぼ半導体素子を保持する基板の面積に一致し ているならば、発光装置の均等な、従ってまた心地よく感じられる光放射が生ず る。 本発明による発光装置が場合によっては種々のクラスタおよび（または）クラ スタ装置からモジュール状に組み合わせ可能であるならば、このような発光装置 は実際上すべての考えられる用途およびすべての考えられる要求に対して大きな 費用なしに組み合わせられる。 たとえば、双方向性に構成され、また２つのクラスタ装置を有し、それらの各 々が他のものに対して逆の方向に光を放射する発光装置は、空港で誘導路の中心 線指示のため、また停止灯としても使用され得る。発光装置が互いに傾けられた 方向に光を放射する２つのクラスタ装置を有するならば、それは誘導路の湾曲し た区間に中心線指示のため、また停止灯としても使用され得る。 この発光装置のクラスタ装置が多数の、たとえば３つまたは５つの並び合って 配置されているクラスタを有し、その際に互いに隣接するクラスタがそれぞれ１ ８０度よりも小さい角度をなしているならば、発光装置から放射される光の空間 的分布の最適化が達成され得る。 発光装置が全方向性に構成されているべきであれば、そのクラスタ装置が湾曲 されて構成されており、また円または円筒を形成すると有利である。 発光装置が２つの方向に光を放射すべきであれば、半導体素子が列または行の に配置されていると有利である。発光装置が全方向に光を放射すべきであれば、 その半導体素子が円または円筒のなかに配置されていると有利である。しかし半 導体素子の他の配置も可能である。 基板の半導体素子のほうに向けられた側を反射性に構成することにより、半導 体素子の放射セクションが非球面レンズの形態を有するならば、半導体素子自体 の出射セクションと協働して基本的な光学的システムが構成され得る。発生され る光の使用および分布がこれにより最適に行われ得る。 本発明による発光装置は無機または有機の材料から、特に合成樹脂から構成す ることができる。これにより重量および製造可能性に関して顕著な利点が得られ る。 さらに、個々のクラスタは合成樹脂から注型または射出により製造することが でき、その際に合成樹脂としてはリサイクル可能な合成樹脂が使用され得る。個 々のクラスタに対して熱伝導性の良い材料を選択することが可能であり、その際 に耐圧性の合成樹脂も使用され得る。 クラスタが発光装置のケースと共にコンパクトなユニットを形成するならば、 中空の対流室を設けることが省略される。 本発明による発光装置の半導体素子の前に覆い板が配置され、それにより半導 体素子から放射された光線が光学的に影響可能であるならば、発光装置の光放射 がたとえば放射の集束または方向付けにより改善され得る。 半導体素子に放射の屈折および（または）全反射のための光学的装置を付設す ることができる。その際に空港の作業における要求、つまりＩＣＡＯ、ＦＡＡ、 ＤＯＴ、ＣＩＥ、ＭＩＬ‐Ｃ‐２５０５０に従う標準をあらゆる場合に満足する ように光放射を最適に整形し得る高性能光学系が形成され得る。 覆い板の外側が容易に洗浄可能で強化されているならば、発光装置に対する保 守費用が減ぜられ得る。好適には、覆い板の外側は自動洗浄可能に構成されてい るべきであろう。その際に、覆い板を適当な仕方で被覆することが可能である。 発光装置のコンパクトな構成は、半導体素子が充填材のなかに埋め込まれて配 置されることにより達成され得る。 半導体素子を埋め込む充填材がその能動的な表面または光出射開口に凹みを有 するならば、半導体素子のほうに向けられた基板の側の反射性の構成ならびに半 導体素子の放射セクションにおける非球面レンズが属する先に説明した基本的な 光学系の有用性が維持され得る。 本発明による発光装置の有利な実施形態によれば、その充填材は透明な材料、 たとえば透明な樹脂、特にエポキシ樹脂から構成されており、その屈折率がほぼ 覆い板のそれに一致している。これにより充填材と覆い板との間の移行面におけ る光学的損失が除去される。 個々の半導体素子が全自動または部分自動的に取扱可能に構成されていること は目的にかなっている。 好適には、あらゆる場合に本発明による発光装置の全故障が確実に回避され得 るように、本発明による発光装置のクラスタは冗長性をもって動作するシステム の構成部分である。クラスタにより形成されるシステムの冗長性のある構成に基 づいて個々の半導体素子のあらゆる故障が無条件にクラスタの交換に通じなくて よいので、本発明による発光装置の保守のための費用がさらに減ぜられ得る。 本発明による発光装置の組立、組替または修理をさらに簡単化するため、発光 装置の１つまたはそれ以上のクラスタが交換可能な部分ユニットとして、特にカ セットとして構成されると有利である。発光装置に属するカセットの交換はその 場合に現場で行われ得る。 このようなカセットは有利なことに、それが専らその発光装置において予め定 められた配置に相応して発光装置に組み込まれ得るように、タイプコード化され ている。これによりこのようなカセットを現場で交換する際の誤りがほぼ生じ得 ないようにされる。 有利な実施形態では、このタイプコード化を実現するため、カセットの外側に 凸部または凹部が構成されており、これらの凸部または凹部がカセットを受け入 れる発光装置のホルダーに対応付けられている。このような凸部または凹部はカ セットの場合にも発光装置側のホルダーの場合にもそのせｎ断応力に対する強化 および抵抗力に寄与する。ホルダーによりカセットに導入される負荷および応力 は走行路に伝達され得る。この負荷は機械的、すなわち静的および動的な負荷で も、熱放出の必要性から生ずる熱的負荷でもあり得る。カセットを接続するため ホルダーに、周囲に対して密閉された電気的接触用のソケットが設けられている 。カセットを所望の仕方でエネルギー供給源に接続するため、ホルダーはエネル ギー供給部分および制御部分を有し得る。 カセットの基本ブロックまたはケースが電気的に非伝導性の材料、たとえば樹 脂または合成樹脂により完全にまたは部分的に満たされているならば、電気化学 的な腐食が回避され得る。 電気的に非伝導性の材料に非伝導性の充填材、たとえばガラスが添加されてい るならば、カセットの導出および負荷受入能力が高められ得る。クラスタとカセ ットの基本ブロックまたはケースとの間の熱伝達が対流の代わりに熱伝導に基づ くように、カセット内に存在するクラスタの間の熱抵抗が下げられる。カセット の内側に中空室が設けられていないので、カセットは内在的に水密かつ気密であ る。 壁、特にカセットの基本ブロックまたはケースの一方の側壁が熱導体として、 たとえば不銹鋼またはアルミニウムから構成されているならば、カセット内の温 度勾配が減ぜられ得る。 カセットの外側が、少なくとも主負荷範囲において硬化処理を施されていると 有利である。これにより磨耗、引っかきまたは点負荷に起因する損傷がほぼ防止 され得る。さらに、特にカセットの取付点におけるこのような強化は負荷および せ断応力がより良く発光装置の受入部分に分配され得ることに通ずる。カセット または発光装置全体の外部に露出されている表面は、磨耗、物理的または化学的 損傷に基づく発光装置の効率低下が防止されるように、サファイアまたは相応の ガラスにより硬化されていてよい。 本発明による発光装置は空港の往来面、たとえば出発帯、着陸帯、誘導路など の信号、識別および標識のために有利に使用することができ、特に空路または空 港に適用される既に述べた標準を満足するように構成することができる。 床下灯火としての発光装置の実施例では、中空空間の不存在により、発光装置 またはそれを構成するカセットが曲げ応力を受けずに、専ら押圧応力を受けるこ とが保証される。床下灯火として構成されたこのような発光装置では光源の作動 に基づく温度上昇が従来通常の発光装置における温度上昇の２０％よりも少ない ので、床下灯火を横切る航空機車輪による応力が顕著に減ぜられ得る。さらに、 作業員の火傷の危険が大幅に排除され得る。 発光装置を、それが走行路の往来面の識別および標識のため、たとえば車道方 向指示、車道分離線、速度制限指示などのために使用可能であるように構成する ことも可能である。 または、本発明による発光装置は、船舶航行の範囲で、たとえば標識灯火、水 路指示、浮標標識等用に使用することもできる。 本発明の有利な実施形態によれば、その基本ブロックまたはケースが非金属性 かつ非電気伝導性の材料から構成されている。これによっていかなる場合にも電 気的な腐食は生じない。本発明により使用可能な材料は僅かな費用で実際上あら ゆる形状にも成形可能であり、さらにこの発光装置から発生された熱を発光装置 を受け入れる取付部分または走行路に導出するための熱導体としての役割をし得 る。本発明による発光装置のすべての基本ブロックまたはすべてのケースは使用 可能な材料の選定により絶縁体として構成可能であるので、コストの高い分離し た絶縁体は必要でない。発光装置の基本ブロックまたはケースに対してリサイク ル可能な合成樹脂が使用され得る。それによってエコロジー上の利点が得られる 。従って本発明による発光装置の構成のために使用可能な材料は従来の技術に比 較して顕著に長い寿命を有するので、本発明による発光装置の利用サイクルが相 応に延長する。 本発明による発光装置の半導体素子は非常に低い電位と非常に高い電位との間 で電気的に調節可能であってよく、その際に出射される放射の波長範囲はすべて の調節範囲にわたって非常に密に、また位置および幅に関してすべて一定であり 、従ってすべての調節範囲にわたって同色の光の放射が可能である。 本発明による発光装置が種々の色で光を放射するための種々の半導体素子を有 し、その際に種々の半導体素子の放射される光が任意に混合可能であるならば、 発光装置から放射される光は色および（または）強さに関して任意に設定され得 る。従って、同一の発光装置により種々の色の光を放射することが可能である。 このような発光装置の効率は、半導体素子がその光を非常に狭い色帯域幅により 、また高い飽和において放射することにより高められ得る。放射される光の色は 強さの調節により感知可能に変化しないので、色の設定の選択が効率に関して行 われ得る。このように構成された本発明による発光装置により光は実際上すべて の可視的な色範囲内で放射され得る。その際にすべての技術的に有意義に使用可 能な色が可能である。その際にランプ、フィルタまたは他の物理的に運動すべき 部分の機械的運動は必要でなく、本発明による発光装置の相応の特性は静的な制 御される構成部分に基づいて生ずる。個々の半導体素子により発生される色の調 合により、人間の眼に見える光は各々の色を有し得る。なぜならば、種々の半導 体素子の光の分解能は発光装置から０．５ｍの距離に相応する２角度分の後には もはや分解可能でないからである。 発光装置はエネルギー供給を制御する役割をする制御装置により調光および（ または）点滅可能にすると好適である。 この制御装置が電子的な光調節器を有するならば、半導体素子の応答感度は白 熱電球またはハロゲン電球の通常の応答感度に適合され得るので、本発明による 発光装置は従来通常のハロゲン電球および白熱電球を有する発光装置と等しいシ ステムで組み合わされ得る。 制御装置はエネルギー供給線および（または）別々の電気的または光学的なデ ータ線により中央ユニットと信号接続されている。制御装置は半導体素子の放射 の強さを調節する役割をし得る。さらに制御装置により、発光装置が双方向また は全方向の発光装置として構成されているかぎり、多数の可能な方向のうちどの 方向に光が放射されるかが予め定められる。 この制御装置により、本発明による発光装置により任意の色の光が任意の強さ で放射可能であるように、放射の強さおよび種々の色の光を放射する半導体素子 の数が設定可能である。 さらに制御装置はオフ作動状態および場合によっては異なったオン作動状態の 特定の順序を設定し得る。 もちろん、本発明による発光装置の有利な実施形態により、制御装置により光 源として機能する半導体素子の作動状態および機能力を監視することが可能であ る。 本発明による発光装置が赤、緑または青の光を放射する半導体素子を有し、こ れらが交互に配置されているならば、特に空港の作業の際に特に重要な可変の白 い光を任意の所望の形態で放射することが可能である。これにより発光装置は最 適な仕方で種々の環境条件に適合可能であり、その際にさらに種々の光状況も考 慮に入れられ得ることは当然である。赤、青および緑は色三角形の外側コーナー に配置されており、また発光装置が相応の半導体素子を所望の数で有し得るので 、この発光装置によりすべての色が発生され得る。さらに本発明による発光装置 により光伝搬に関する実際上任意に設定される要求が容易に満足され得る。 本発明による発光装置により単に赤、黄、橙または緑の光が放射されるべきで あれば、装置が赤または緑の光を放射する半導体素子を有し、これらが交互に配 置されているならば十分である。青の光を放射する半導体素子はこの場合には必 要でない。なぜならば、それらは上記の色での光放射のために意義を有していな いからである。光が前記の４つの色、すなわち赤、黄、橙および緑でのみ発生さ れるべきであれば、青の光を放射する半導体素子の省略は、本発明による発光装 置が等しい可能な光の強さにおいてより小さい寸法で構成され得ることに通ずる 。 クラスタの互いに隣接する半導体素子列を互いにずらして配置することが可能 であり、それによって場合によっては半導体素子は基板の上により密に配置され る。 本発明による発光装置の制御装置がパルス幅変調装置を有し、それにより半導 体素子に供給される電気的エネルギーが調節可能であるならば、本発明による発 光装置の作動の高い効率が得られ、その際に利用されるエネルギーはパルス幅変 調装置により最適な仕方で発光装置の要求または半導体素子の要求に適合され得 る。たとえば高調波および無効損失を主源に惹起するおそれのあるサイリスタ制 御されるエネルギー供給は必要でない。さらに、本発明による発光装置の作動の 際には、発光装置の正しい感知を阻害するおそれのあるストロボスコーブ作用が 生じない。 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。その際 に特に空港範囲での本発明の応用を説明する。 図１は発光ダイオードとして構成された半導体素子の原理図を示し、 図２ないし４は原理的に正面、側面および上面図で本発明による発光装置のク ラスタの第１の実施例を示し、 図５ないし７は原理的に正面、側面および上面図で本発明による発光装置のク ラスタの第２の実施例を示し、 図８は本発明による発光装置の第１の実施例の平面図を示し、 図９は本発明による発光装置の第２の実施例の平面図を示し、 図１０は本発明による発光装置の第３の実施例の平面図を示し、 図１１は本発明による発光装置のたとえば図８に示されている実施例の断面図 を示し、 図１２は図１１に相応する図であり、その際に発光装置は図５ないし７による クラスタから構成されており、 図１３は本発明による発光装置の別の実施例を示し、 図１４ないし１７は種々の半導体素子を有するクラスタの原理図を示し、 図１８は空港灯火設備用として定められている色を示し、 図１９は空港灯火設備の制御、調節および監視の原理図を示し、 図２０は本発明による発光装置のパルス幅変調装置の出力側の原理図を示し、 図２１は本発明による発光装置の制御装置を示し、また 図２２は本発明による発光装置の変形された制御装置を示す。 本発明による発光装置は以下に説明される実施例の場合には発光ダイオード１ として構成されている多数の半導体素子を有する。図１中に原理的に示されてい る発光ダイオード１は、発生された光がダイオード１から出射する範囲のなかに 、特に図１中に示されているように、非球面レンズ２としての形態を有する。 光屈折レンズ２の非球面の形態により、ダイオード１により放射される光の分 布が最適化され得る。 光放射するダイオード１は特に明るい、または極めて明るいＬＥＤである。 本発明による発光装置は多数の前記の発光ダイオード１から成っている。複数 個のこのような発光ダイオード１は図２ないし４中に示されているクラスタとし てまとめられていてよい。図２ないし４中に示されている実施例ではクラスタ３ は１０の発光ダイオード１を有し、これらは２つの上下に並べて配置されている 列のなかでそれぞれ５つの発光ダイオード１として配置されている。 １つの列のダイオード１の中心線は隣の列のダイオード１の中心線に対して傾 けられて配置されている。 このクラスタ３のすべての発光ダイオード１は枠なしで発光ダイオード１に対 するホルダーとしての役割をする基板４の上に配置されている。クラスタ３は基 本的な光学系を有し、それに発光ダイオード１のほうに向けられた基板４の側に 取付けられている反射層５が属している。この基本的な光学系に発光ダイオード １の非球面レンズ２が属しており、これらは発光ダイオード１から発生された光 の出方および分布を最適化する。非球面レンズ２はそれぞれ発光ダイオード１の 本来の能動的な表面または光出射開口を形成する。 図２ないし４中に示されているクラスタ３は他の同種または類似のクラスタ３ と組み合わせ可能なモジュール部分として構成されている。放射出射面６におい てクラスタ３は覆い板７により閉じられており、この覆い板７は図２ないし４中 に示されているクラスタ３では基板４に対して平行に配置されている。クラスタ ３の放射出射面６はその寸法に関して、ほぼ完全に発光ダイオード１により覆わ れている基板４の面にほぼ一致している。 クラスタ３の発光ダイオード１は基板４と覆い板７との間の空間を満たす充填 材８により囲まれており、この充填材８は透明な材料、たとえば樹脂から製造さ れている。充填材８はクラスタ３の発光ダイオード１の非球面レンズ２により形 成されるクラスタ３の出射セクションに直接的に対応付けられている凹部９を有 する。凹部９は、基板４の反射層５および発光ダイオード１の非球面レンズ２に より形成される基本的な光学系の有用性を失なわないように、クラスタ３の発光 ダイオード１の能動的な表面と充填材８との間に構成されている。 充填材８を形成する材料の屈折率は、好適には覆い板７を形成する材料の屈折 率と一致している。これにより充填材８と覆い板７との間の接触面における光学 的損失が回避され得る。 クラスタ３の覆い板７の外側は強化されており、また平滑に構成されている。 それはさらに自動洗浄可能に構成されている。 図２ないし４中に示されているようなクラスタ３の実施例では、図３中の矢印 により示されているクラスタ３の出射方向は基板４の平面に対して垂直に配置さ れている。 図５ないし７中に示されているようなクラスタ３の実施例では、図６中の矢印 により示されているクラスタ３の出射方向は９０度偏向され、そのために発光ダ イオード１とクラスタ３の放射出射面６との間に配置されている鏡表面１０が設 けられている。鏡表面１０は光放射を図示の実施例では９０度偏向させるので、 光は基板４の平面に対して平行にクラスタ３からその放射出射面６を通って、ま たはその覆い板７を通って出射する。 図８には誘導路の直線区間に対する誘導路‐中心灯および停止灯が示されてい る。それは、矢印１３により示されている方向に放射する第１のクラスタ装置１ １と、クラスタ装置１１の光放射方向と反対に矢印１４により示されている方向 に放射する第２のクラスタ装置１２とを有するいわゆる双方向性の発光装置であ る。 図８中に示されている発光装置はコンパクトな装置であり、その際に両クラス タ装置１１、１２は共通のケース１５のなかに配置されている。両クラスタ装置 １１、１２の間に、また図８中で両クラスタ装置１１、１２の側方に配置されて いるケース１５の内部空間の範囲は適当な材料により満たされている。ケース１ ５は金属で構成されていてよい。 それらがクラスタ装置１１、１２に相応して互いに相い異なる方向に放射する ことを除いて、以下では図８中で右側に示されているクラスタ装置１１のみを詳 細に説明する。 クラスタ装置１１は１つの列のなかに並び合って配置されている３つのクラス タ３を有し、その際にこれらのクラスタ３の各々はたとえば図２ないし４により 示された構成を有し得る。中央のクラスタ３は誘導路の中心線１６に対して直角 に配置されており、その際にそれはこの中心線１６とその中心範囲で交わってい る。両方の外側のクラスタ３は中央のクラスタ３とそれぞれ、１８０度よりも少 し小さい角度をなしている。これにより効率的な水平な光分布が達成される。図 ８中に示されている発光装置の覆いは強化された平滑な、従ってまた簡単な仕方 で洗浄可能に構成された外側面を有する。 図９中に示されている発光装置は同じく誘導路の中心線をその湾曲した区間に おいて標識するための役割をし、またそこに使用可能な停止灯としての役割をす る。それは図８中に示された発光装置と相違する点は、両クラスタ装置１１、１ ２の放射方向が互いに傾けられていること、また各クラスタ装置１１、１２が同 じく図２ないし４中に示されている実施例のようなものであってよい５つの個々 のクラスタ３を設けられていることである。両クラスタ装置１１、１２の中央の クラスタ３は、誘導路の湾曲した区間用であるから、発光装置の中心軸線ＣＬに 対してずらされかつ傾けられている。両クラスタ装置１１、１２のクラスタ３は それぞれ隣接するクラスタ３と同じく１８０度よりも少し小さい角度αをなして いる。 図１０はすべての方向に作用する発光装置を示す。この発光装置は同じく誘導 路の標識のために設けることができる。図示の実施例では６つの湾曲したクラス タ１７が設けられており、これらのクラスタ１７は１つの閉じられた円を形成し 、また互いに構造リブ１８により隔てられている。６つの湾曲したクラスタ１７ により光が実際上すべての方向に放射され得る。 先に図８ないし１０により説明された発光装置では、磨耗および物理的または 化学的損傷に基づく発光装置の作用効率低下が防止されるように、外側の光学的 表面はたとえば強化された表面を有するサファイアまたはガラスから透明にかつ 硬く構成されていてよい。外側の光学的表面は、場合によってと起こり得るフレ ネル損失が減ぜられるように硬化または被覆されていてよい。 図１１および１２中には、図８ないし１０中に示されている発光装置にほぼ相 当し、また床下灯として構成されている発光装置の断面が示されている。それら は、図１１中では図２ないし４により説明された実施例のクラスタ３が使用され 、またそれに対して図１２による床下灯の場合には図５ないし７により説明され た 実施例のクラスタが使用されることにより主として相違している。 図１１および１２による発光装置は主要部分を床面１９の下側に配置されてい る。図１１および１２中に示されている矢印は床下灯の放射方向を示す。特に図 １１からわかるように、クラスタ３を有する床下灯の部分はカセット２０の形態 に構成されており、こうして大きな費用なしに交換可能なユニットを形成してい る。このような床下灯は１つまたはそれ以上のこのようなカセット２０を有し得 る。発光装置の構成に応じて多くの同種または場合によっては種々のカセットが 発光装置としてまとめられていてよい。 このようなカセット２０は有利な実施例ではタイプコード化されており、その 際に形式コード化は発光装置の内部のその配置に一致している。これによりカセ ット２０の現場交換の際の誤りがほぼ生じ得ない。形式コード化はカセット側の 凸部または凹部により実現されていてよく、その際に相応の凹部または凸部が発 光装置の受入れ部２１に設けられている。カセット２０または受入れ部２１のこ のようなレリーフ状の構成または押印を設けられた構成はさらにせ断応力に対す る抵抗力に寄与し得る。 カセット２０の基本ブロックまたはケースは電気的に非伝導性の材料、たとえ ば樹脂または合成樹脂により完全にまたは部分的に満たされている。これにより 電気化学的な腐食が防止される。カセット２０の熱導出および負荷受入れ能力を 高めるため、非伝導性の材料に熱的に伝導性の材料、たとえばガラスを添加する ことができる。 クラスタ３とカセット２０の基本ブロックまたはケースとの間の熱伝達はその 場合に空気／気体対流の代わりに熱伝導に基づいており、従ってカセット２０の 熱抵抗が顕著に減ぜられている。 対流が存在しないので、カセット２０に作用し得る航空機または自動車の負荷 は曲げ応力ではなく、専らより簡単に受入れまたは導出され得る押圧力を生ずる 。 カセット２０の内部に中空室が存在せず、従ってまた対流気体が存在しないの で、カセット２０は内在的に水密かつ気密である。 カセット２０のなかで生ずる温度上昇は従来通常のタングステンハロゲン光源 を有する発光装置の際の温度上昇の２０％以下に過ぎないので、航空機‐または 車両車輪ははるかにわずかしか負荷されず、また作業員および保守員の火傷が排 除され得る。 カセット２０の床壁は熱導体、たとえば不銹鋼または被覆されたアルミニウム として構成されていてよい。これによりカセット２０の内部の温度勾配が減ぜら れる。 磨耗、引っかきまたは点負荷に起因する損傷が防止されるように、カセット２ ０の外側は強化されて、たとえば不銹鋼から構成されていてよい。 カセット２０を支える構造または受入れ部分２１への負荷およびせｎ断応力が より良く分配されるように、カセット２０の取付点は強化されて構成されていて よい。 カセット２０へのエネルギーの導入および信号の伝達は自己浄化可能かつ自己 密閉可能な接点により行われる。周囲に対する水密かつ気密の保護が行われてい る。 発光ダイオード１を有する発光装置の構成に基づいてカセット２０と発光装置 のその他の部分との間の電気エネルギーの伝達は非常に低い電圧レベルで行われ 、従って“熱い”カセット交換が電気接点の損傷の危険なしに、また人に対する 電気ショックの危険なしに行われ得る。電圧レベルはその際に約２５Ｖのピーク 電圧以下である。 カセット２０は発光装置のエネルギー供給および制御装置の上側に配置されて いる。 カセット２０はほぼ中空室のないものとして構成されているので、１００Ｇの 機械的応力および３０Ｇまでの振動応力に耐え、その際に発光装置がエネルギー を供給されている状態にあるかないかはどちらでもよいことである。 受入れ部分２１によりカセット２０に導入された負荷および応力は走行路に伝 達される。これらの負荷は静的および動的な機械的負荷ならびに発生された熱の 導出の必要から生ずる熱負荷である。 図１３は従来通常の仕方で走行路の上に配置されている発光装置の実施例を示 す。そこでもモジュール状に交換可能に構成されたカセット２０がエネルギー供 給および制御装置２２の上側に配置されており、その際にエネルギー供給および 制御装置２２は解除可能なカップリング２３により床面１９の上に配置される。 図１４は赤、緑および青の発光ダイオード１から組み合わされているクラスタ ３を原理図で示す。各色の発光ダイオード１はその光放射の強さを以下に説明す る仕方で調節可能である。発光ダイオード１が３つの色の各々をそれぞれ所望の 強さで放射し得ることにより、図１４中に示されているクラスタ３により実際上 光がすべての可視色で放射され得る。その際にさらにこの光は種々の強さで放射 可能である。赤、緑および青の色により、特に図１８と関連付けてわかるように 、光を各々の強さで、また可能な信号に対して考えられる各々の色で放射するこ とが可能にされている。 クラスタ３のこのような構成により種々の強さを有する白色光も放射され得る 。このことは従来通常の発光装置では困難であった。このことは赤、緑および青 が色スペクトルのなかでほぼ図１８からわかるように可視光範囲を記述する三角 形のコーナーに配置されていることに帰する。 クラスタ３から出射する光は１０ｍの観察間隔に相応して２角度分の距離でも はや個々の光源のなかで区別可能でないので、あらゆる目的に対して光が所望の 色および強さで作られ得る。このことは特に航空に適用される標準、たとえばＩ ＣＡＯ、ＦＡＡ、ＤＯＴ、ＣＩＥ、ＭＩＬ‐Ｃ‐２５０５０に対しても当てはま る。 特に可変の白色光の発生のためには、前記のように、発光ダイオード１を含ん でおり、その光が赤、青または緑であるクラスタ３が最も良く適している。これ らの３つの色は、前記のように、前記の標準に一致する図１８から明らかな三角 形の外側のコーナーに配置されている。 航空機に対する誘導路標識およびルート指示を識別するためには単に４つの色 、すなわち赤（Ｒ）、黄（Ｙ）、橙および緑（Ｇ）が必要である。このような応 用に対して、クラスタ３が単に２つの種々の形式の発光ダイオード１、すなわち 赤色を放射するものおよび緑色を放射するものを含んでいることはより簡単かつ より経済的である。このようなクラスタ３が原理的に図１５中に示されている。 この際には青色を放射するダイオード１は省略され得る。 図１６および図１７によるクラスタ３は図１４および図１５に示されているク ラスタ３から単に、個々の発光ダイオード１が互いにずらされた列のなかに配置 されていないことにより相違している。また図１６および１７によるクラスタ３ の場合には、重なり合ってまたは上下に配置されている発光ダイオード１は互い にずらされていない。 発光ダイオード１はさまざまなメーカーから、またさまざまな色で市場で入手 可能である。たとえば東芝は赤、橙および黄色の光を放射するためのＬＥＤを製 造している。ヒューレッド・パッカード社は琥珀色、橙、赤‐橙、および赤色の 光を放射するためのＬＥＤを製造している。レドトロニクス社は緑、黄、橙、赤 および青色の光を放射するためのＬＥＤを製造している。 発光ダイオード１へのエネルギー供給の制御は最小の損失でパルス幅変調装置 ２４により達成され、その際にピーク電流が初期化方法で設定され、それにより 発光ダイオードの形式が発光ダイオード列の電圧降下と基準ＬＥＤの電圧降下と の比較の結果に相応して同定される。 図１９によりいまや空港の制御システムでの本発明による発光装置の制御また は組み入れおよび集積回路が説明される。 航空運行センター２５、退避センター２６ならびに待機センター２７が適当な 仕方で走行ルートおよびゲートに対する制御装置２８に接続されている。この制 御装置２８はサブステーション２９、３０、３１と接続されており、これらのう ち図１９中にはサブステーション２９のみが詳細に示されている。 言及しておくべきこことして、図１９中には制御装置２８とサブステーション ２９、３０、３１との間の星状の接続が示されているが、基本的にはループ接続 またはバス接続を設けることも可能である。 サブステーション２９はパネル３３を有する下位制御装置３２を有する。下位 制御装置３２にはそれぞれＣＣＲ３４およびマスター回路３５を介して本発明に よる発光装置の本来の制御装置２２が接続されている。 詳細に図２１および２２中に示されている制御装置２２に前記のパルス幅変調 装置２４が属している。その出力電力は図２０からわかるように変化し得る。そ の上側部分には低い強さを有するパルス幅変調装置２４の出力電力が、またその 下側部分には高い強さを有するパルス幅変調装置２４の出力電力が示されている 。 図２１および２２中に示されている制御装置２２は単に、図２１中に示されて いる制御装置２２は分離したデータ線３６を有しておらずに、データ伝送の役割 もするエネルギー供給線３７のみを有することにより相違している。 制御装置２２には、パルス幅変調装置２４およびコントローラ３９に接続され ている電力適応およびセンサユニット３８が属している。 パルス幅変調装置２４は同じくコントローラ３９および放出センサ４０に接続 されており、この放出センサ４０は同じくコントローラ３９に接続されており、 また発光装置の発光ダイオード１を介して駆動される。コントローラ３９はモデ ム４１および接続回路４２を介してエネルギー供給線３７またはデータ線３６に 接続されている。 コントローラ３９としては形式Ｉｎｔｅ１８０５１の装置が使用され得る。サ ブステーション制御装置３２としてはＰＣが使用され得る。その際にそれはＳＩ ＣＯＭＰ‐ＰＣであってよい。 発光装置の制御は、ダイオード１の放射の強さの調節、発光装置から光が放射 されるべき方向の選択、光が放射されるべき色の選択、閃光コーディングまたは 光パルスの時間的順序、時間に関係して制御される入力および（または）出力‐ 作動、ダイオード１の監視、自動的な“Ｐｏｗｅｒ ｏｎ Ｄｅｆａｕｌｔ‐ｓ ｔａｒｔ‐ｕｐ”選択および制御故障の際の自動的な“Ｆａｌｌｂａｃｋ Ｄｅ ｆａｕｌｔ”選択を含んでいる。その他のオプションによる特徴も可能である。 制御装置２２に入る入力電力は自動的に検出され、また発光装置の要求に適合 される。 標準‐定電流‐直列回路‐入力電力の場合に対してはパルス幅変調装置２４の 出力電力は、ハロゲン電球または白熱電球に対して典型的な指数関数的応答特性 が得られ、従って本発明による発光装置が従来通常の発光装置と共に同じ回路の なかに組み合わされ得るように適合される。 モデム４１はエネルギー供給線３７またはデータ線３６からの変調された制御 信号をコード化し、また制御信号を割り当てる。モデム４１は発光装置から到来 する監視信号を中央の制御および監視システムに対して利用可能にするため、こ れらの監視信号を交互に変調しかつコード化する。モデム４１は、制御‐および 監視信号を適当な仕方で伝送し得るように、２つの方向に動作する。 制御装置２２の構成部分は、発光装置を導線の断線、地絡、導線障害などに関 して監視する監視部分である。 クラスタ３はたとえばセレンセルによっても機能能力を監視され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体素子（１）として、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）として、また は発光ポリマーとして構成されている光源を有する信号、識別または標識のため の発光装置において、それぞれ多くの半導体素子（１）が１つのクラスタ（３） にまとめられ、また発光装置が任意の数の場合によっては種々のクラスタ（３） からモジュール状に組み合わせ可能であることを特徴とする発光装置。 ２．２ないし２００、好ましくは２ないし３０の半導体素子（１）が１つのクラ スタ（３）を形成することを特徴とする請求項１記載の発光装置。 ３．１ないし３０、好ましくは１ないし１６のクラスタ（３）を有することを特 徴とする請求項１または２記載の発光装置。 ４．１つのクラスタ（３）の半導体素子が共通の基板（４）の上に配置されてい ることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の発光装置。 ５．個々の半導体素子（１）が枠なしに構成されていることを特徴とする請求項 １ないし４の１つに記載の発光装置。 ６．半導体素子（１）を保持する基板（４）がその半導体素子（１）のほうに向 けられた側に反射性材料から成る層（５）を設けられていることを特徴とする請 求項４または５記載の発光装置。 ７．半導体素子（１）の出射側に鏡表面（１０）が配置されており、それにより 半導体素子（１）の放射方向が偏向されることを特徴とする請求項１ないし６の １つに記載の発光装置。 ８．出射面積（６）が寸法的にほぼ半導体素子（１）を保持する基板（４）の面 積に一致することを特徴とする請求項４ないし７の１つに記載の発光装置。 ９．双方向性に構成されており、また２つのクラスタ装置（１１、１２）を有し 、それらの各々が他のものに対して逆の方向に光を放射することを特徴とする請 求項１ないし８の１つに記載の発光装置。 １０．双方向性に構成されており、また２つのクラスタ装置（１１、１２）を有 し、それらが互いに傾けられた方向に光を放射することを特徴とする請求項１な いし８の１つに記載の発光装置。 １１．各クラスタ装置（１１、１２）が多数の、たとえば３つまたは５つの並び 合って配置されているクラスタ（３）を有し、その際に互いに隣接するクラスタ （３）がそれぞれ１８０度よりも小さい角度をなすことを特徴とする請求項９ま たは１０記載の発光装置。 １２．全方向性に構成されており、またそのクラスタ装置が湾曲されて構成され ており、また円または円筒を形成することを特徴とする請求項１ないし８の１つ に記載の発光装置。 １３．半導体素子（１）が列または行に配置されていることを特徴とする請求項 １ないし１２の１つに記載の発光装置。 １４．半導体素子（１）が円または円筒のなかに配置されていることを特徴とす る請求項１ないし１２の１つに記載の発光装置。 １５．半導体素子が非球面レンズの形態の放射セクション（２）を有することを 特徴とする請求項１ないし１４の１つに記載の発光装置。 １６．半導体素子（１）が無機または有機の材料から、特に合成樹脂から構成さ れていることを特徴とする請求項１ないし１５の１つに記載の発光装置。 １７．個々のクラスタ（３）が好ましくはリサイクル可能な合成樹脂から注型ま たは射出により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１６の１つに記 載の発光装置。 １８．個々のクラスタ（３）が熱伝導性の良い材料から構成されていることを特 徴とする請求項１ないし１７の１つに記載の発光装置。 １９．個々のクラスタ（３）が耐圧性の合成樹脂から構成されていることを特徴 とする請求項１ないし１７の１つに記載の発光装置。 ２０．クラスタ（３）が発光装置のケース（１５）と共にコンパクトなユニット を形成することを特徴とする請求項１ないし１９の１つに記載の発光装置。 ２１．半導体素子（１）の前に覆い板が配置されており、それにより半導体素子 （１）から放射された光線が光学的に影響可能であることを特徴とする請求項１ ないし２０の１つに記載の発光装置。 ２２．放射が覆い板（７）により集束可能または方向付け可能であることを特徴 とする請求項２１記載の発光装置。 ２３．半導体素子（１）に放射の屈折および（または）全反射のための光学的装 置が付設されていることを特徴とする請求項２１または２２記載の発光装置。 ２４．覆い板（７）の外側が容易に洗浄可能であり、また強化されていることを 特徴とする請求項２１ないし２３の１つに記載の発光装置。 ２５．覆い板（７）の外側が被覆されていることを特徴とする請求項２４記載の 発光装置。 ２６．半導体素子（１）が充填材（８）のなかに埋め込まれて配置されているこ とを特徴とする請求項１ないし２５の１つに記載の発光装置。 ２７．半導体素子（１）の充填材（８）がその能動的な表面または光出射開口に 凹み（９）を有することを特徴とする請求項２６記載の発光装置。 ２８．充填材（８）が透明な材料、たとえば透明な樹脂、特にエポキシ樹脂から 構成されており、その屈折率がほぼ覆い板（７）のそれに一致していることを特 徴とする請求項２６または２７記載の発光装置。 ２９．個々の半導体素子（１）が全自動または部分自動的に取扱可能であること を特徴とする請求項１ないし２８の１つに記載の発光装置。 ３０．クラスタ（３）が冗長性をもって動作するシステムの構成部分であること を特徴とする請求項１ないし２９の１つに記載の発光装置。 ３１．発光装置の１つまたはそれ以上のクラスタ（３）が交換可能な部分ユニッ トとして、特にカセット（２０）として構成されていることを特徴とする請求項 １６ないし３０の１つに記載の発光装置。 ３２．カセット（２０）がタイプコード化されていることを特徴とする請求項３ １記載の発光装置。 ３３．カセット（２０）の外側に凸部または凹部が構成されており、これらの凹 部または凸部がカセット（２０）を受け入れる発光装置のホルダー（２１）に対 応付けられていることを特徴とする請求項３２記載の発光装置。 ３４．カセット（２０）の基本ブロックまたはケースが電気的に非伝導性の材料 、たとえば樹脂または合成樹脂により完全にまたは部分的に満たされていること を特徴とする請求項３１ないし３３の１つに記載の発光装置。 ３５．電気的に非伝導性の材料に非伝導性の充填材、たとえばガラスが添加され ていることを特徴とする請求項３１ないし３４の１つに記載の発光装置。 ３６．壁、特にカセット（２０）の基本ブロックまたはケースの一方の側壁が熱 導体として、たとえば不銹鋼またはアルミニウムから構成されていることを特徴 とする請求項３１ないし３５の１つに記載の発光装置。 ３７．カセット（２０）の外側が、少なくとも主負荷範囲において、硬化処理を 施されていることを特徴とする請求項３１ないし３６の１つに記載の発光装置。 ３８．空港の往来面、たとえば出発帯、着陸帯、誘導路などの信号、識別および 標識のための発光装置として構成されていることを特徴とする請求項１ないし３ ７の１つに記載の発光装置。 ３９．床下灯火として構成されていることを特徴とする請求項３８記載の発光装 置。 ４０．車道の往来面の識別および標識のため、たとえば車道方向指示、車道分離 線、速度制限指示などのための発光装置として構成されていることを特徴とする 請求項１ないし３７の１つに記載の発光装置。 ４１．船舶航行の範囲に対する、たとえば標識灯火、水路指示、浮標標識などの ための発光装置として構成されていることを特徴とする請求項１ないし３７の１ つに記載の発光装置。 ４２．基本ブロックまたはケースが非金属かつ非電気伝導性の材料から構成され ていることを特徴とする請求項１ないし４１の１つに記載の発光装置。 ４３．半導体素子（１）が非常に低い電位と非常に高い電位との間で電気的に調 節可能であることを特徴とする請求項１ないし４２の１つに記載の発光装置。 ４４．種々の色の光を放射する種々の半導体素子（１）を有し、その際に放射さ れた光が任意に混合可能であることを特徴とする請求項１ないし４３の１つに記 載の発光装置。 ４５．エネルギー供給のための制御装置（２２）を有し、それにより調光および （または）スイッチング可能であることを特徴とする請求項１ないし４４の１つ に記載の発光装置。 ４６．制御装置（２２）が電子的な光調節器を有することを特徴とする請求項４ ５記載の発光装置。 ４７．制御装置（２２）がエネルギー供給線（３７）および（または）別々の電 気的または光学的なデータ線（３６）により中央ユニットと信号接続されている ことを特徴とする請求項４５または４６記載の発光装置。 ４８．半導体素子（１）が制御装置（２２）によりその放射の強さに関して調節 可能であることを特徴とする請求項４５ないし４７の１つに記載の発光装置。 ４９．光が多数の方向に放射可能であり、また制御装置（２２）により１つまた はそれ以上の放射方向が選択可能であることを特徴とする請求項４５ないし４８ の１つに記載の発光装置。 ５０．発光装置により任意の色の光が任意の強さで放射可能であるように、その 制御装置（２２）により放射の強さおよび種々の色の光を放射する半導体素子（ １）の数が設定可能であることを特徴とする請求項４５ないし４９の１つに記載 の発光装置。 ５１．制御装置（２２）によりオフ作動状態および場合によっては異なったオン 作動状態の特定の順序が設定可能であることを特徴とする請求項４５し５０の１ つに記載の発光装置。 ５２．制御装置（２２）により半導体素子（１）の作動状態および機能能力が監 視可能であることを特徴とする請求項４５ないし５１の１つに記載の発光装置。 ５３．１つまたは多数のクラスタ（３）が赤、緑または青の光を放射する半導体 素子（１）を有し、これらが交互に配置されていることを特徴とする請求項１な いし５２の１つに記載の発光装置。 ５４．１つまたは多数のクラスタ（３）が赤または緑の光を放射する半導体素子 （１）を有し、これらが交互に配置されていることを特徴とする請求項１ないし ５２の１つに記載の発光装置。 ５５．互いに隣接する半導体素子列が互いにずらされて配置されていることを特 徴とする請求項１ないし５４の１つに記載の発光装置。 ５６．制御装置（２２）がパルス幅変調装置（２４）を有し、それにより半導体 素子（１）に供給される電気的エネルギーが調節可能であることを特徴とする請 求項４５ないし５５の１つに記載の発光装置。