WO1997022147A2 - Leuchte mit geringem stromverbrauch - Google Patents

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WO1997022147A2
WO1997022147A2 PCT/DE1996/002372 DE9602372W WO9722147A2 WO 1997022147 A2 WO1997022147 A2 WO 1997022147A2 DE 9602372 W DE9602372 W DE 9602372W WO 9722147 A2 WO9722147 A2 WO 9722147A2
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Kurt Blessing
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Loptique Gesellschaft Für Lichtsysteme Mbh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21KNON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
    • F21V23/005Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board the substrate is supporting also the light source

Definitions

  • the invention relates to a luminaire with an artificial light source for uniformly illuminating surfaces and rooms, which is formed by a plurality of semiconductor elements which represent an assembly and which emit light in different wavelength ranges.
  • incandescent or halogen lamps fluorescent lamps and other discharge lamps.
  • the aforementioned illuminants or light sources are also used in the field of photo optics or stage technology for illuminating or for illuminating people, surfaces and objects.
  • General requirements such as the uniformity of the lighting, the miniaturization of the lights themselves, the good color rendering, the good glare limitation and a variable beam angle with high luminous efficacy have led to the fact that mainly NV halogen lamps or fluorescent lamps are used for the aforementioned purposes .
  • These illuminants or light sources are generally supplemented by reflectors or reflector systems in order to fulfill the desired lighting task.
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) is converted into convection heat and into invisible infrared and ultraviolet radiation, which can also be harmful to health. Further disadvantages of the conventional lights result from the fact that the size of the lights, which is largely determined by the required reflector, is relatively large and the color of the light emitted cannot be influenced.
  • luminescent diodes are semiconductor diodes which emit electromagnetic radiation when the current flows in the forward direction.
  • the wavelength of the emitted radiation is essentially determined by the semiconductor material used and is limited to a narrow wavelength range due to the electronic transitions which are responsible for the emission.
  • LEDs with two, three or four semiconductor elements are also known as luminescent diodes, which emit differently colored light depending on which connection pins, which each lead to the different semiconductor elements within the LED, are driven. Depending on the circuit status, one or the other color is generated individually to signal measurement data.
  • the use of LEDs is essentially limited to use in signal elements, light barriers, punch card readers, in IR remote control and in photodetectors.
  • Light-emitting semiconductor elements are also used for backlighting displays or displays. Due to the available luminous efficacy, LEDs are also used today in automobiles as position, brake or direction change lights (DE-A 1-42 28 895). When used in vehicle headlights, each semiconductor light source should only emit light of one color, with a light of uniform color emerging from the superimposition of the light emitted by all half-light sources. DE-A 1-38 27 083 also describes light-intensive semiconductor elements which produce red in color at an acute radiation angle of 1-3 cd. In all of these known applications of semiconductor elements as a light source, it is disadvantageous that no powerful luminaires can be realized and the necessary white light cannot be easily achieved.
  • the invention is therefore based on the object of designing a luminaire with small but to create high efficiency and long life.
  • the electronic assembly is designed as an integrated chip / circuit that receives the individual light-emitting semiconductor elements, that the light-emitting diodes have a light intensity of at least 0.2 cd each and that the beam angle of the light-emitting diodes is so large is that there is essentially white light on the object to be illuminated from a short distance.
  • Such assemblies can be produced, for example, using SMD technology, the individual semiconductor elements being integrated in the chip or circuit.
  • This chip can have, for example, conventional plug-in connections, the uniform illumination being possible through the use of corresponding semiconductor elements which generate a light intensity of at least 0.2 cd and emit light in at least three different wavelength ranges. Additive superposition of the wavelength range or a corresponding emission angle of the light-emitting diodes or semiconductor elements ensures that essentially white light illuminates the object to be illuminated.
  • the desired inexpensive luminaires with small dimensions and high efficiency can be achieved.
  • the circuit is equipped with a power supply and control for the light emitting diodes integrated in the light source, which are preferably designed to generate a light intensity of 1 cd each. Since, according to the invention, different semiconductor elements with different minimum voltages can be used depending on the assembly, a power supply with the corresponding voltage that is matched to the respective semiconductor element is of considerable advantage.
  • the respective power supply can preferably also be integrated with a control circuit for the supply voltage in the manner of a potentiometer, which controls the brightness of the respective semiconductor element.
  • semiconductor elements are used which simultaneously produce the three basic colors red, green and blue. The complex arrangement and control
  • ERSATZBLAH (RULE 26) Different semiconductor elements are then superfluous.
  • the number of light-emitting diodes or semiconductors used can advantageously be reduced, so that the lights are even smaller.
  • the light source has a closed housing with a plastic and / or glass body and can be connected to the mains via the base or the socket.
  • the semiconductor elements are integrated directly into a chip and not only reduce the size, but also prevent health impairment because UV radiation or IR radiation are not emitted. Since the light source according to the invention only produces low temperatures at high light output, integration into a closed housing made of plastic or glass is possible without problems, in which case the usual connection technology via base or socket, as is known for conventional light sources, can then be used.
  • the main advantage of this is that light sources of this type or luminaires as a whole are quickly accepted by traffic.
  • the power supply and control for the light-emitting diodes is integrated in the closed housing of the light source.
  • Appropriate connections of conventional design to the power supply system make it possible to use such light sources practically anywhere.
  • the housing consists of combustible material such as cardboard, textile or plastic. Because of the favorable design and the low temperatures that are present at the semiconductor elements or light-emitting diodes and at the power supply, it is now possible for the first time to directly assign these materials, which are important for the optics, to the housing itself, ie to the light source. This results in completely new effects and possible uses, without any dangers arising therefrom.
  • the effect of the individual light source and thus the luminaire is specifically increased in that, according to the invention, the chip is mirrored on the side with the semiconductor elements.
  • the power supply and control for the light-emitting diodes is integrated in the closed housing of the light source.
  • a realization that is optimally adapted to the space conditions is that in which the power supply and transformation of AC / DC and DC / DC converters is formed.
  • Such components can advantageously be integrated in the chip or in the housing of the light source, so that they are arranged in a protected manner and are always fully effective and, moreover, offer the possibility of connecting such light sources or luminaires to conventional alternating current suppliers.
  • the light-emitting diodes are assigned an optical component for homogenizing the light color and the light beam distribution.
  • This component is expediently a lens or a diffuser, it being possible for lenses of any design to be used.
  • the invention is particularly suitable for the use of solar energy.
  • the circuit or the power supply is designed to be connectable to solar cells. This also makes it possible to use solar cells and photovoltaic elements for exterior lights or even interior lights to a greater extent, which are used in combination with the use of daylight.
  • the daylight is converted into electricity, which charges the batteries and, after a pulse has been resolved, releases the stored energy for the power supply of the semiconductor elements. Since this process takes place exclusively in the area of direct current, there are advantageously no transformation losses.
  • the circuit or the housing has a twilight or time switch because it can be used to ensure that the power consumption only begins when this is necessary due to the lighting conditions. This prevents the power supply from failing too soon due to insufficient storage in the batteries.
  • the invention is characterized in particular by the fact that uniform illumination is possible when using the light source or the luminaire according to the invention, since the semiconductor elements, which each produce a light intensity of at least 0.2 cd and emit light in at least three different wavelength ranges, can be individually controlled at the same time by means of an electrical circuit and then emit essentially white light onto the illuminated object by additive superimposition of the wavelength ranges.
  • the light-emitting diodes have a lifespan of 100,000 hours with only a 25% drop in output, the particular advantage can be seen here that replacement of the illuminant is virtually completely unnecessary. Since the light-emitting diodes also have only a very small size, a very small size of the overall luminaire can be realized with a high light intensity. UV radiation and IR radiation are avoided, so that a health impairment cannot occur.
  • the number of semiconductor elements is only limited by the size of the elements and the maximum size of the lamp.
  • the light exit angle of the differently colored semiconductor elements is so large and the elements are arranged accordingly so that the light of the different wavelength ranges is superimposed such that essentially white light results.
  • Another advantage is that there is the possibility of coupling the luminaire according to the invention with the use of solar energy, especially since it enables losses in transformation to be avoided and thus an even better yield of the energy present.
  • FIG. 1 a shows a plurality of light-emitting diodes on a circuit board in a perspective view
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a plurality of light-emitting diodes on a circuit board with a converging lens as an optical component
  • 3 shows a chip in which 25 semiconductor elements are directly integrated
  • FIG. 4 shows a closed housing in which the chip with the semiconductor elements and the power supply with control are installed
  • FIG. 5 shows a further housing in which a circuit board with light-emitting diodes and power supply and control are integrated.
  • FIG. 1 a shows a simple construction of a lamp 1 or a light source 2, which here only consists of a circuit board 10 with an assembly 3 of different semiconductors 4 or light-emitting diodes 5, 6.
  • the LEDs 4, 5, 6 are controlled by a separate power supply, which cannot be seen here.
  • 1 b shows a top view of the circuit board 10 with the large number of luminous diodes 4, 5, 6, which are arranged symmetrically here.
  • FIG. 2 shows a circuit board 10 which is preceded by an optical component 16 which overlays and mixes the individual beam paths 18, 19, 20 and color components in a focal point 17.
  • FIG. 3 shows a chip or a circuit 8 which is equipped directly with semiconductor elements or light-emitting diodes 4, 5, 6 and, because of its design, is suitable for installation in a wide variety of light sources 2 or lights 1.
  • Figures 4 and 5 illustrate that the required components such. B. the chip or circuit 8 or the circuit board 10 with the LEDs 4, 5, 6 can be assigned to a closed housing 9. 4, this closed housing 9 has the approximate shape of a light bulb, the integrated circuit 8 being recognizable in the interior of the housing 9. Also integrated is the power supply 14, the unrecognizable control.
  • the lower part 22 of the housing 9 represents a closed unit and can also be coated with combustible materials such as cardboard, fabric or plastics, because the temperatures generated inside the housing 9 are irrelevant.
  • a base 11 is molded onto the upper part 22 of the housing 9 and allows screwing into a corresponding socket, for example a lamp or light fixture 1, so that the existing technology can be used.
  • a direct connection to the mains supply is thus possible, supply and control of the light-emitting diodes 4, 5, 6 being possible via the power supply 14 and the control.
  • the housing 9 can also have a different shape.
  • the housing 9 is equipped with a base 12 with plug-in elements 13, so that use in halogen lamps, for example, is also possible here, in which case a simplified power supply 14 can be used, since transformers in the lamp 1 are generally used already exist.
  • the housing 9 is over a protective glass 21st
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) similar to the embodiment according to FIG. 4, so that an overall protected interior 23 is present.
  • the side 15 of the circuit board 10 or of the chip 8 with the light-emitting diodes 4, 5, 6 can be formed in a mirrored manner.

Abstract

Eine Leuchte zur gleichmäßigen Beleuchtung von Flächen oder Räumen verfügt über eine elektronische Baugruppe (3) mit mindestens drei Halbleiterelementen bzw. Leuchtdioden (4, 5, 6), die eine Lichtstärke von jeweils wenigstens 0,2 cd erzeugen und jeweils Licht in mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren. Die Baugruppe (3) ist mit einer elektrischen Schaltung und Stromversorgung (14) ausgerüstet, über die die einzelnen Leuchtdioden (4, 5, 6) gleichzeitig angesteuert werden können. Derartige Leuchten (1) haben eine extrem hohe Lebensdauer und einen verringerten Stromverbrauch. Gekennzeichnet sind sie weiter durch günstige Baugrößen selbst bei hoher Lichtintensität.

Description

Leuchte mit geringem Stromverbrauch
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einer künstlichen Lichtquelle zum gleichmäßigen Beleuchten von Flächen und Räumen, die von mehreren, eine Baugruppe darstellenden Halbleiterelement gebildet ist, die Licht in unterschiedlichen Wellenlän¬ genbereichen emittieren.
Üblicherweise werden Wohn-, Verwaltungs-, Behandlungs- und Verkaufsräume sowie Sportstätten oder sonstige Außenanlagen mittels Glüh- oder Halogenlampen, Leuchtstofflampen und anderen Entladungslampen beleuchtet. Auch im Bereich Fotoop¬ tik oder Bühnentechnik werden die vorgenannten Leuchtmittel bzw. Lichtquellen zur Ausleuchtung bzw. zum Anstrahlen von Personen, Flächen und Gegenständen verwen¬ det. Allgemeine Anforderungen wie an die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung, die Mi¬ niaturisierung der Leuchten selbst, die gute Farbwiedergabe, die gute Blendungsbegren¬ zung sowie einen variablen Ausstrahlungswinkel bei hoher Lichtausbeute haben dazu geführt, daß für die vorgenannten Zwecke vorwiegend NV-Halogenlampen oder Leuchtstofflampen verwendet werden. Diese Leuchtmittel bzw. Lichtquellen werden in der Regel durch Reflektoren oder Reflektorsysteme ergänzt, um die gewünschte Be¬ leuchtungsaufgabe zu erfüllen. Es ist allen herkömmlichen Leuchten gemeinsam, daß deren Leuchtmittel in Fassungen gehalten werden oder über die jeweilige Fassung mit dem erforderlichen Strom versorgt werden, der mittels Vorschaltgeräten wie Drosseln oder Transformatoren in der geeigneten Form bereit gestellt wird. Nachteilig bei die¬ sem Stand der Technik ist, daß die Lebensdauer der Lichtquellen relativ niedrig ist und bestenfalls 8000 Betriebsstunden bei Leuchtstofflampen beträgt. Daraus folgen hohe Betriebskosten der Leuchten, nämlich hohe Ersatzteilkosten, als auch hohe Wartungs¬ kosten für den Arbeitsaufwand beispielsweise beim Auswechseln der Lichtquelle selbst. Mindestens ebenso nachteilig wirkt sich der schlechte Wirkungsgrad der vorgenannten Lichtquellen aus, weil ein Großteil der elektrischen Energie anstatt in sichtbares Licht,
ERSATZBLAπ (REGEL 26) in Konvektionswärme sowie in die unsichtbare Infrarot- und Ultraviolettstrahlung um¬ gewandelt wird, welche überdies auch noch gesundheitsschädlich sein kann. Weitere Nachteile der herkömmlichen Leuchten ergeben sich daraus, daß die Baugröße der Leuchten, welche wesentlich durch den erforderlichen Reflektor mitbestimmt wird, relativ groß ist und über die die Farbe des ausgestrahlten Lichten nicht beeinflußt wer¬ den kann.
Weiter ist bekannt, Lumineszenzdioden einzusetzen. In der Regel handelt es sich dabei um Halbleiterdioden, die bei Stromfluß in Durchlaßrichtung elektromagnetische Strahlung emittieren. Die Wellenlänge der emittierten Strahlung wird im wesentlichen durch das verwendete Halbleitermaterial bestimmt und ist aufgrund der elektronischen Übergänge, die für die Emission ursächlich sind, auf einen schmalen Wellenlängen¬ bereich begrenzt. Als Lumineszenzdioden sind auch LED's mit zwei, drei oder vier Halbleiterelementen bekannt, die je nachdem, welche Anschlußpins, die jeweils zu den unterschiedlichen Halbleiterelementen innerhalb der LED fuhren, angesteuert werden, unterschiedlich farbiges Licht emittieren. Zur Signalisierung von Meßdaten wird je nach Schaltungszustand die ein oder andere Farbe jeweils einzeln erzeugt. Im Stand der Technik ist die Verwendung von LED's im wesentlichen auf den Einsatz in Signal¬ elementen, Lichtschranken, Lochkartenlesegeräten, bei der IR-Fernsteuerung und in Fotodetektoren beschränkt. Auch zur Hinter leuchtung von Displays oder Anzeigen werden Licht emittierende Halbleiterelemente eingesetzt. Aufgrund der zur Verfügung stehenden Lichtausbeute werden LED's heute auch am Automobil als Positions-, Brems- oder Richtungsänderungsleuchten eingesetzt (DE-A 1-42 28 895). Beim Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern soll jede Halbleiterlichtquelle nur Licht einer Farbe abstrah¬ len, wobei durch Überlagerung des von sämtlichen Halblichterquellen abgestrahlten Lichtes ein Licht einheitlicher Farbe austreten soll. Die DE-A 1-38 27 083 beschreibt ebenfalls lichtstarke Halbleiterelemente, die in der Farbe rot in einem spitzen Ausstrah¬ lungswinkel 1 - 3 cd erzeugen. Bei all diesen bekannten Anwendungen von Halbleiter¬ elementen als Lichtquelle ist von Nachteil, daß keine leistungsfähigen Leuchten zu verwirklichen sind und das notwendige Weißlicht nicht ohne weiteres zu erreichen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte mit kleinen Bau- maßen aber hohem Wirkungsgrad und hoher Lebensdauer zu schaffen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die elektronische Baugruppe als integrierter, die einzelnen lichtemittierenden Halbleiterelemente aufneh¬ mender Chip/Schaltkreis ausgebildet ist, daß die Leuchtdioden eine Lichtstärke von jeweils mindestens 0,2 cd aufweisen und daß der Ausstrahlwinkel der Leuchtdioden so groß ist, daß sich aus kurzer Distanz im wesentlichen weißes Licht auf dem auszuleuch¬ tenden Objekt ergibt.
Derartige Baugruppen sind beispielsweise nach der SMD-Technik herstellbar, wobei die einzelnen Halbleiterelemente in den Chip bzw. Schaltkreis integriert sind. Dieser Chip kann beispielsweise herkömmliche Steckverbindungsanschlüsse aufweisen, wobei die gleichmäßige Beleuchtung durch die Verwendung entsprechender Halbleiter¬ elemente möglich ist, die eine Lichtstärke von mindestens 0,2 cd erzeugen und Licht in mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren. Durch additive Überlagerung der Wellenlängenbereich bzw. durch einen entsprechenden Ausstrahlwin¬ kel der Leuchtdioden bzw. Halbleiterelemente ist sichergestellt, daß im wesentlichen weißes Licht das zu beleuchtende Objekt bestrahlt. Durch Einsatz entsprechender Leuchtdioden und ihrer Anordnung und Integrierung in den Schaltkreis erreicht man die angestrebten kostengünstigen Leuchten mit kleinem Baumaß und hohem Wirkungsgrad.
Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schaltkreis mit einer in die Lichtquelle integrierten Stromversorgung und Ansteuerung für die Leuchtdioden ausgerüstet ist, die vorzugsweise eine Lichtstärke von jeweils 1 cd erzeugend ausgebildet sind. Da erfindungsgemäß je nach Baugruppe unterschiedliche Halbleiterelemente mit unterschiedlichen Mindestspannungen Verwendung finden kön¬ nen, ist eine auf das jeweilige Halbleiterelement abgestimmte Stromversorgung mit der entsprechenden Spannung von erheblichem Vorteil. Die jeweilige Stromversorgung kann bevorzugt auch ein Regelkreis für die Versorgungsspannung nach Art eines Poten¬ tiometers integriert sein, der die Helligkeit des jeweiligen Halbleiterelementes steuert. Erfindungsgemäß werden Halbleiterelemente eingesetzt, die gleichzeitig die drei Grund¬ farben rot, grün und blau erzeugen. Die aufwendige Anordnung und Ansteuerung un-
ERSATZBLAH (REGEL 26) terschiedl icher Halbleiterelemente wird dann überflüssig. Bei Leuchtdioden mit 1 cd kann die Zahl der zum Einsatz kommenden Leuchtdioden bzw. Halbleiter vorteilhaft reduziert werden, so daß die Leuchten noch kleiner bauen.
Eine weitere zweckmäßige Ausführung sieht vor, daß die Lichtquelle ein ge¬ schlossenes Gehäuse mit Kunststoff- und/oder Glaskörper aufweist und über den Sockel bzw. die Fassung an das Stromnetz anschließbar ist. Hierbei sind die Halbleiterelemen¬ te direkt in einen Chip integriert und reduzieren nicht nur die Baugröße, sondern ver¬ hindern auch eine Gesundheitsbeeinträchtigung, weil UV-Strahlung oder IR-Strahlungen nicht ausgesendet werden. Da die erfindungsgemäße Lichtquelle bei hoher Lichtausbeu¬ te nur niedrige Temperaturen hervorruft, ist eine Integrierung in ein geschlossens Ge¬ häuse aus Kunststoff oder Glas problemlos möglich, wobei dann die übliche Anschlu߬ technik über Sockel oder Fassung wie bei üblichen Lichtquellen bekannt Verwendung finden kann. Dies hat den vor allem großen Vorteil, daß derartige Lichtquellen bzw. auch insgesamt Leuchten vom Verkehr schnell angenommen werden.
Um derartige Lichtquellen als Komplettlichtversorung zu verwirklichen, ist vorgesehen, daß die Stromversorgung und Ansteuerung für die Leuchtdioden in das geschlossene Gehäuse der Lichtquelle integriert ist. Durch entsprechende Anschlüsse üblicher Bauart an das Stromnetz ist eine Anwendung derartiger Lichtquellen praktisch überall möglich.
Die Vielseitigkeit der Erfindung wird auch dadurch deutlich, daß gemäß einer Weiterbildung vorgesehen ist, daß das Gehäuse aus brennbarem Material wie Pappe, Textilstoff oder Kunststoff besteht. Damit ist aufgrund der günstigen Bauform und der niedrigen Temperaturen, die an den Halbleiterelementen bzw. Leuchtdioden und an der Stromversorgung anliegen, erstmals die Möglichkeit gegeben, dem Gehäuse selbst, d. h. also der Lichtquelle diese für die Optik wichtigen Materialien direkt zuzuordnen. Es ergeben sich damit völlig neue Effekte und Anwendungsmöglichkeiten, ohne daß da¬ durch irgendwelche Gefahren entstehen. Die Wirkung der einzelnen Lichtquelle und damit der Leuchte wird gezielt dadurch erhöht, daß gemäß der Erfindung der Chip auf der Seite mit den Halbleiterelementen verspiegelt ausgebildet ist. Weiter oben ist bereits erwähnt, daß die Stromversorgung und Ansteuerung für die Leuchtdioden in das geschlossene Gehäuse der Lichtquelle integriert ist. Dabei ist eine den Platzverhältnissen optimal anzupassende Verwirklichung die, bei der die Stromversorgung und Transformation von AC/DC- und DC/DC-Wandlern gebildet ist. Derartige Bauteile können vorteilhaft in den Chip bzw. in das Gehäuse der Lichtquelle mit integriert werden, so daß sie geschützt angeordnet sind und immer voll wirksam werden und darüber hinaus die Möglichkeit bieten, derartige Lichtquellen bzw. Leuch¬ ten an übliche Wechsel ström versorger anzuschließen.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemaßen Leuchte ist vorgesehen, daß den Leuchtdidoden ein optisches Bauelement zur Homogenisierung der Lichtfarbe und der Lichtsträkenverteilung zugeordnet ist. Bei diesem Bauelement han¬ delt es sich zweckmäßigerweise um eine Linse oder Streuscheibe, wobei Linsen beliebi¬ ger Bauform eingesetzt werden können. Über die Bündelung der unterschiedlichen Lichtwellen erfolgt eine zielgerichtete Beeinflussung in der beschriebenen Form.
Aufgrund des sehr niedrigen Stromverbrauches des Schaltkreises bzw. der ein¬ zelnen Leuchtdioden eignet sich die Erfindung besonders für den Einsatz der Solar¬ energie. Erfindungsgemäß ist dementsprechend vorgesehen, daß der Schaltkreis bzw. die Stromversorgung mit Solarzellen verbindbar ausgebildet ist. Damit ist auch in grö¬ ßerem Umfang der Einsatz von Solarzellen und fotovoltaischen Elementen für Außen¬ leuchten oder auch Innenraumleuchten möglich, die in Kombination mit der Nutzung von Tageslicht eingesetzt werden. Hierbei wird das Tageslicht in Strom umgewandelt, der Akkus auflädt und nach Auflösung eines Impulses die gespeicherte Energie für die Stromversorgung der Halbleiterelemente freigibt. Da sich dieser Prozeß ausschließlich im Bereich von Gleichstrom abspielt, fallen vorteilhaft keine Transformationsverluste an. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schaltkreis bzw. das Gehäuse einen Dämmerungs- oder Zeitschalter aufweist, weil darüber sichergestellt werden kann, daß der Stromverbrauch erst einsetzt, wenn dies aufgrund der Lichtverhältnisse erforderlich wird. Verhindert ist damit, daß aufgrund einer zugeringen Speicherung in den Akkus die Stromversorgung zu früh ausfällt. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine gleichmäßige Beleuchtung bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtquelle bzw. der Leuchte möglich ist, da die Halbleiterelemente, die eine Lichtstärke von jeweils wenigstens 0,2 cd erzeu¬ gen und Licht in mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren, mittels einer elektrischen Schaltung gleichzeitig einzeln angesteuert werden und dann durch additive Überlagerung der Wellenlängenbereiche im wesentlichen weißes Licht auf das beleuchtete Objekt abgeben. Da die Leuchtdioden eine Lebensdauer von 100 000 Stunden bei einem nur 25 % igen Leistungsabfall aufweisen, ist hier der besondere Vorteil zu verzeichnen, daß ein Austauschen des Leuchtmittels sich quasi vollständig erübrigt. Da die Leuchtdioden darüber hinaus nur eine sehr geringe Baugröße aufwei¬ sen, läßt sich eine sehr geringe Baugröße der Gesamtleuchte bei hoher Lichtintensität verwirklichen. UV-Strahlung und IR-Strahlung werden vermieden, so daß eine Gesund¬ heitsbeeinträchtigung nicht auftreten kann. Die niedrige Bauform und die niedrigen Temperaturen, die an den Halbleiterelementen und an der Stromversorgung anliegen, gestatten die Verwendung von leicht brennbaren Materialien auch als Gehäusematerial. Dadurch ergeben sich sehr viele neue Applikations- und Designmöglichkeiten. Es wer¬ den mindestens drei Halbleiterelemente verwendet, bevorzugt zur Erzielung einer mög¬ lichst gleichmäßigen Lichtfarbe auf dem beleuchteten Objekt, mindestens neun, be¬ sonders bevorzugt 27. Es ist auch die Möglichkeit, durch Verknüpfung mehrerer klei¬ nerer Elementbaugruppen eine entsprechend große Baugruppe vorzugeben. Die Anzahl der Halbleiterelemente ist nach oben nur durch die Baugröße der Elemente und die maximale Größe der Leuchte begrenzt. Der Lichtaustrittswinkel der verschiedenfarbig strahlenden Halbleiterelemente ist derart groß und die Elemente sind entsprechend an¬ geordnet, so daß das Licht der unterschiedlichen Wellenlängenbereich sich derart über¬ lagert, daß sich im wesentlichen weißes Licht ergibt. Es ist auch möglich, dem weißen Licht durch entsprechende Einstellung der an den jeweiligen Halbleiterelementen anlie¬ genden Versorgungsspannungen oder durch die Wahl der Halbleiterelemente selbst eine Färbung zu geben, falls dies aus beleuchtungstechnischen Gründen gewünscht ist. Vor¬ teilhaft ist weiter, daß die Möglichkeit gegeben ist, die erfindungsgemäße Leuchte mit dem Einsatz von Solarenergie zu koppeln, zumal dadurch Transformationsverluste ver¬ mieden werden können und damit eine noch bessere Ausbeute der vorhandenen Ener¬ gie. Die Integrierung aller Teile einschließlich der Schaltung, der Stromversorgung und der Ansteuerung in ein komplettes geschlossenes Gehäuse gibt darüber hinaus die vor¬ teilhafte Möglichkeit, derartige Lichtquellen mit handelsüblichen Sockeln oder Fassun¬ gen zu versehen und damit die Verwendung wesentlich zu erleichtern. Schließlich ist durch Einsatz von Akkus oder Batterien die Möglichkeit gegeben, auch transportable Einheiten zu verwirklichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. la in persepktivischer Darstellung eine Mehrzahl von Leucht¬ dioden auf einer Platine,
Fig. lb in der Draufsicht eine Mehrzahl von Leuchtdioden auf ei¬ ner Platine,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Mehrzahl von Leucht¬ dioden auf einer Platine mit einer Sammellinse als opti¬ sches Bauelement,
Fig. 3 ein Chip, in den 25 Halbleiterelemente direkt integriert sind,
Fig. 4 ein geschlossenes Gehäuse, in dem der Chip mit den Halb¬ leiterelementen und die Stromversorgung mit Ansteuerung eingebaut sind und
Fig. 5 ein weiteres Gehäuse, in dem eine Platine mit Leuchtdio¬ den und Stromversorgung und Ansteuerung integriert sind.
Fig. 1 a zeigt einen einfachen Aufbau einer Leuchte 1 bzw. einer Lichtquelle 2, die hier lediglich aus einer Platine 10 mit einer Baugruppe 3 verschiedener Halbleiter 4 bzw. Leuchtdioden 5, 6 besteht. Die Leuchtdioden 4, 5, 6 sind durch eine hier nicht erkennbare seperate Stromversorgung angesteuert.
Fig. 1 b zeigt eine Draufsicht auf die Platine 10 mit der Vielzahl von Leucht- dioden 4, 5, 6, die hier symmetrisch angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine Platine 10, der ein optisches Bauelement 16 vorgelagert ist, das die einzelnen Strahlengänge 18, 19, 20 und Farbanteile in einem Brennpunkt 17 überla¬ gert und mischt.
Fig. 3 zeigt einen Chip bzw. einen Schaltkreis 8, der direkt mit Halbleiterele- mεnten bzw. Leuchtdioden 4, 5, 6 bestückt ist und aufgrund seiner Bauform sich für den Einbau in verschiedenste Lichtquellen 2 bzw. Leuchten 1 eignet.
Die Figuren 4 und 5 verdeutlichen, daß die erforderlichen Komponenten wie z. B. der Chip bzw. Schaltkreis 8 oder die Platine 10 mit den Leuchtdioden 4, 5, 6 einem geschlossenen Gehäuse 9 zugeordnet werden können. Dieses geschlossene Gehäuse 9 weist nach Fig. 4 die angenäherte Form einer Glühbirne auf, wobei der integrierte Schaltkreis 8 im Inneren des Gehäuses 9 erkennbar ist. Ebenfalls integriert ist die Stromversorgung 14, die nicht erkennbare Ansteuerung. Der untere Teil 22 des Gehäu¬ ses 9 stellt eine geschlossene Einheit dar und kann auch mit brennbaren Materialien wie Pappe, Stoff oder Kunststoffen beschichtet sein, weil die im Inneren des Gehäuses 9 entstehenden Temperaturen unbeachtlich sind.
An den oberen Teil 22 des Gehäuses 9 angeformt ist ein Sockel 11, der ein Einschrauben in eine korrespondierende Fassung beispielsweise einer Lampe oder Leuchte 1 ermöglicht, um so die vorhandene Technik benutzen zu können. Damit ist ein direkter Anschluß an die Netzversorgung möglich, wobei über die Stromversorgung 14 und die Ansteuerung eine Versorgung und Steuerung der Leuchtdioden 4, 5, 6 mög¬ lich ist.
Nach Fig. 5 kann das Gehäuse 9 auch eine andere Form aufweisen. Hier ist das Gehäuse 9 mit einem Sockel 12 mit Steckelementen 13 ausgerüstet, so daß auch hier der Einsatz beispielsweise in Halogenleuchten möglich wird, wobei dann eine verein¬ fachte Stromversorgung 14 zum Einsatz kommen kann, da in der Regel Transformato¬ ren in der Leuchte 1 bereits vorhanden sind. Das Gehäuse 9 ist über ein Schutzglas 21
ERSATZBLAπ (REGEL 26) ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 4 abgeschlossen, so daß ein insgesamt ge¬ schützter Innenraum 23 vorhanden ist. Zur Erhöhung der Lichtintensität kann die Seite 15 der Platine 10 bzw. des Chips 8 mit den Leuchtdioden 4, 5, 6 verspiegelt ausge¬ bildet werden.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.
ERSATZBLAπ (REGEL 26)

Claims

Patentansprüche
1. Leuchte (1) mit einer künstlichen Lichtquelle (2) zum gleichmäßigen Beleuchten von Flächen und Räumen, die von mehreren, eine Baugruppe (3) darstellen¬ den Halbleiterelemente (4) gebildet ist, die Licht in unterschiedlichen Wellenlängen¬ bereichen emittieren, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Baugruppe (3) als integrierter, die einzelnen Lichtemittierenden Halbleiterelemente (4, 5, 6) aufnehmender Chip/Schaltkreis (8) ausgebildet ist, daß die Halbleiterelemente (4, 5, 6) eine Lichtstärke von jeweils mindestens 0,2 cd aufweisen und daß der Ausstrahlwinkel der Halbleiterelemente (4, 5, 6) so groß ist, daß sich aus kurzer Distanz im wesentlichen weißes Licht auf dem auszuleuchtenden Objekt ergibt.
2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (8) mit einer in die Lichtquelle (2) integrierten Stromversorgung (14) und Ansteuerung für die Halbleiterelemente (4, 5, 6) ausgerüstet ist, die vorzugs¬ weise eine Lichtstärke von jeweils 1 cd erzeugend ausgebildet sind.
3. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) ein geschlossenes Gehäuse (9) mit Kunststoff- und/oder Glas¬ körper aufweist und über den Sockel (11) bzw. die Fassung (12) an das Stromnetz anschließbar ist.
4. Leuchte nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (14) und Ansteuerung für die Halbleiterelemente (4, 5, 6) in das geschlossene Gehäuse (9) der Lichtquelle (2) integriert ist.
ERSATZBLAπ (REGEL 26)
5. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) aus brennbarem Material wie Pappe, Textilstoff oder Kunststoff besteht.
6. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (8) auf der Seite (15) mit den Halbleiterelemente (4, 5, 6) verspiegelt ausgebildet ist.
7. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (14) und Transformation von AC/DC- und DC/DC-Wandlern gebildet ist.
8. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Leuchtdidoden (4, 5, 6) ein optisches Bauelement (16) zur Homogenisierung der Lichtfarbe und der Lichtstärkenverteilung zugeordnet ist.
9. Leuchte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauelement (16) eine Linse oder Streuscheibe ist.
10. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (8) bzw. die Stromversorgung (14) mit Solarzellen verbindbar aus¬ gebildet ist.
11. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltkreis (8) bzw. dem Schaltkreis (8), Stromversorgung (14) und Ansteue- rung für die Halbleiterelemente (4, 5, 6) aufnehmenden Gehäuse (9) ein Akku oder eine Batterie zugeordnet ist.
12. Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (8) bzw. das Gehäuse (9) einen Dämmerungs- oder Zeitschalter aufweist.
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