DE202011002411U1

DE202011002411U1 - Beleuchtungskörper mit der Funktion zur Einstellung der Farbtemperatur von Weißlicht

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Publication number: DE202011002411U1
Application number: DE202011002411U
Authority: DE
Original assignee: HUMAN BIOS GmbH
Current assignee: Kisters Friedrich Ch
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2011-06-27
Anticipated expiration: 2021-02-05

Abstract

Beleuchtungskörper mit der Funktion zur Einstellung der Farbtemperatur von Weißlicht, umfassend – ein Gehäuse mit Halterungen zur Aufnahme von Leuchtdioden (LEDs), die Licht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen emittieren, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses für das von den LEDs emittierte Licht transparent ist, – Anschlüsse zur Versorgung der LEDs mit Energie, dadurch gekennzeichnet, dass immer zwei LEDs mit unterschiedlichen Farbtemperaturen paarweise im Gehäuse angeordnet sind und jedes LED-Paar Licht mit einer ersten Farbtemperatur und einer zweiten Farbtemperatur als Mischlicht emittiert, wobei die Farbtemperatur der ersten LED des LED-Paares geringer ist als die Farbtemperatur der zweiten LED, und wobei die Intensität der Lichtemission jeder einzelnen LED oder des Mischspektrums des LED-Paares über eine Steuerung individuell und unabhängig von der jeweils anderen LED des LED-Paares regelbar ist.

Description

Der Zivilisationsmensch verbringt einen Großteil seiner Zeit im Inneren von Gebäuden oder Räumen und in immer geringerem Maße draußen im natürlichen Tageslicht, wodurch er zwangsläufig von künstlich erzeugten Lichtquellen umgeben ist. Moderne Büro- und Wohnräume sind mit Leuchtstoffröhren, Fluoreszenz- oder Glühlampen zur Decken- oder Raumbeleuchtung ausgestattet Je nach Art und Bauweise der Leuchtquellen besitzen solche Beleuchtungskörper eine feste Farbtemperatur, wodurch der Arbeitsplatz bzw. der Wohnraum mit Weißlicht mit einer vorgegebenen Farbtemperatur ausgeleuchtet wird. Die Farbtemperatur eines Beleuchtungskörpers hängt dabei in entscheidendem Maße davon ab, wie hoch die einzelnen Gelb-, Blau- und Rotanteile beim emittierten Licht sind. Höhere Gelbanteile erzeugen naturgemäß ein etwas ”wärmeres” Licht, während bei einer Erhöhung des Blauanteils, d. h. bei einer höheren Farbtemperatur, der Lichteindruck für das menschliche Empfinden ”kälter” wirkt. Eine Erhöhung des Rotanteils bewirkt hingegen einen kräftigeren Farbeindruck für das menschliche Auge.
Das natürliche Licht, das den Menschen umgibt, das Sonnenlicht, verändert seine Farbzusammensetzung und Farbtemperatur im Laufe des Tages. Moderne Untersuchungen haben ergeben, dass der Mensch auf diesen tageszeitbedingten Lichteindruck reagiert und seine Aktivitätsphasen danach ausrichtet. Ganz deutlich wirkt sich dies beim Übergang von der Tagphase in die Nachtphase aus, bei dem der Biorhythmus des Menschen auf den bevorstehenden Schlaf umgestellt wird. Aber auch im Laufe des Tages reagiert der Mensch entsprechend der Tageszeit in Abhängigkeit vom Umgebungslicht, dessen Zusammensetzung und Intensität. Je nach Lichtzusammensetzung und -intensität vermag der Mensch dabei bestimmte Aufgaben (z. B. gestalterische Tätigkeiten, Lesen, Entspannung) unterschiedlich gut zu bewerkstelligen. Die Art und Zusammensetzung des Lichtes kann also für bestimmte Aufgaben oder Aktivitäten förderlich oder behindernd wirken. Auch bestimmte Gefühlslagen sind entscheidend von der Farbtemperatur des Umgebungslichtes abhängig (z. B. warmes Licht mit einer niedrigen Farbtemperatur und hohem Rotanteil zur Erzeugung einer gemütlichen Abendstimmung).
Künstliche Lichtquellen, wie sie zur Ausleuchtung in Gebäuden oder Räumen vorhanden sind, besitzen nicht nur eine feste Farbtemperatur, insbesondere bei Leuchtstofflampen kommt das weitere Problem hinzu, dass diese je nach Alter und Beschichtung der Glasröhre ihre Farbtemperatur oder Farbwiedergabeeigenschaft ändern.
Das für das menschliche Auge sichtbare Licht ist eine Mischung aus elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Frequenzen, wobei jede Wellenlänge einer spezifischen ”Farbe” des Lichtspektrums entspricht. Das für das menschliche Auge sichtbare Licht liegt in einem Bereich von ungefähr 380 bis ungefähr 780 nm. Je kürzer die Wellenlänge, umso blauer erscheint das Licht. Die Farbe des Lichtes ergibt sich letztendlich durch Mischen unterschiedlicher Wellenlängen innerhalb des Spektrums. Eine solche Mischung von Farben ist Weißlicht.
Die Farbtemperatur des sichtbaren Lichts hängt demnach von dem Farbgehalt des sichtbaren Lichts ab. Das Tageslicht am Morgen besitzt beispielsweise eine Farbtemperatur von ungefähr 3000 K, während, was natürlich von der Jahreszeit und dem Breitengrad abhängt, der bedeckte Mittagshimmel eine Farbtemperatur von ungefähr 10000 K aufweist. Eine Glühlampe (100 Watt) besitzt eine Farbtemperatur von ungefähr 2800 K. Obwohl diese Lichtquellen für das menschliche Auge ”weiß” sind, so besitzen sie trotzdem unterschiedlich hohe Gelb-, Rot- und Blauanteile. Das Problem vieler Lichtquellen besteht darin, dass diese nur schwer eine Einstellung einer festen Farbtemperatur oder eines festen Spektrums ermöglichen. Dazu gehören beispielsweise Halogenlampen oder fluoreszierende Lichtquellen. Ferner besteht das Problem, dass eine Veränderung der Farbtemperatur oder des Spektrums bei solchen Leuchtquellen andere Parameter in einer unerwünschten Weise verändern. Beispielsweise kann das Erhöhen der Spannung, die an einem weißglühenden Licht anliegt, zwar die Farbtemperatur des emittierten Lichts erhöhen, allerdings führt dies auch zu einer Erhöhung der Leuchtintensität. Ferner kann durch das Aufsetzen eines Filters vor einer Halogenlampe der Farbeindruck verändert werden. Allerdings ermöglicht die Verwendung von Filtern bei einer Beleuchtungsvorrichtung nicht, einen Bereich von Farben zu erzeugen, sie erlaubt lediglich, eine einzelne Farbe zu erzeugen, welche dann teilweise absorbiert oder durch den Filter übertragen wird.
In letzter Zeit haben sich zur Erzeugung von künstlichem Licht mehr und mehr Leuchtdioden (LEDs) durchgesetzt, die zudem langlebig und kostengünstig im Unterhalt sind. Solche künstlichen Beleuchtungsanordnungen sind beispielsweise in der US 5,803,579 A beschrieben. Der Beleuchtungskörper besteht aus mehreren LEDs, die aus zwei oder mehr Typen bestehen, welche Lichtemissionen mit unterschiedlichen Linien oder Spektren erzeugen. Die Beleuchtungsanordnung umfasst auch ein Halteelement, das die LEDs hält, wobei das Halteteil so angeordnet ist, dass ein Mischlicht entsteht. Eine elektronische Steuerschaltung steuert den Betrieb der LEDs. Die Spektren der beiden unterschiedlichen LED-Arten sind komplementär zueinander und überlagern sich, um eine metamerische weiße Beleuchtung zu erzeugen.
In der DE 600 21 911 T2 wird eine Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung von Weißlicht beschrieben, die aus einer Mehrzahl von Einzelbeleuchtungsquellen besteht, die zwei unterschiedliche Spektren hervorbringen, wobei die Spektren miteinander vermischt werden. Die verwendeten LED-Beleuchtungseinheiten sind in der Lage, ein Licht eines Farbbereiches zu erzeugen, wobei das Ergebnisspektrum der Mischung der einzelnen LED-Spektren eine Intensität bzw. Lichtstärke auf einer möglichst niedrigen Spektralsenke aufweist, die größer als das Hintergrundrauschen ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Beleuchtungskörper derart zu verbessern, dass sie eine Einstellung und Veränderung einer bestimmten Farbmischtemperatur bei Weißlicht zulassen und zugleich leicht in Wohn- oder Arbeitsräumen installierbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Beleuchtungskörper mit der Funktion zur Einstellung der Farbtemperatur von Weißlicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.
Der erfindungsgemäße Beleuchtungskörper ermöglicht eine steuerungsbedingte Änderung der Farbtemperatur bzw. der Farbmischtemperatur von Lichtquellen entsprechend den persönlichen Vorlieben oder Vorgaben. Die Steuerung erfolgt beispielsweise manuell über eine Funkfernsteuerung (Fernbedienung) oder entsprechend einem zuvor programmierten Farbtemperaturwechselprogramm, das die Farbtemperatur zeit- oder ereignisabhängig verändert.
Der erfindungsgemäße Beleuchtungskörper umfasst ein Gehäuse mit Halterungen zur Aufnahme von Leuchtdioden (LEDs), die Licht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen emittieren, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses für das von den LEDs emittierte Licht transparent ist. Typischerweise wird es sich um eine Röhre oder Birne handeln, bei der der transparente Teil des Gehäuses aus Kunststoff oder Glas ist.
Der Beleuchtungskörper umfasst ferner eine Anzahl von Anschlüssen zur Versorgung der LEDs mit Energie (Strom). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass immer zwei LEDs paarweise im Gehäuse angeordnet sind. Jedes LED-Paar emittiert Licht als Mischlicht mit zwei unterschiedlichen Farbtemperaturen, d. h. mit einer ersten und einer zweiten Farbtemperatur. Die Farbtemperatur der ersten LED des LED-Paares ist dabei geringer als die Farbtemperatur der zweiten LED. Die Intensität der Lichtemission jeder einzelnen LED oder des Mischspektrums des LED-Paares ist über eine Steuerung individuell und unabhängig von der jeweils anderen LED des LED-Paares regelbar. Vorzugsweise befindet sich eine Vielzahl von LED-Paaren im Gehäuse des Beleuchtungskörpers.
Wird z. B. die erste LED eines LED-Paares mit einer sehr niedrigen Farbtemperatur beaufschlagt und deren Intensität gegenüber der zweiten LED des LED-Paares deutlich erhöht, so überwiegt ein für das menschliche Auge ”wärmerer” Farbeindruck, da der Gelbanteil gegenüber dem Blauanteil überwiegt. Erhöht man die Intensität der zweiten LED, wodurch die Spektralanteile mit einer höheren Farbtemperatur zunehmen, so wird das Licht für das menschliche Auge ”kälter”, da die Blauanteile überwiegen. Einen kräftigeren Farbeindruck erhält man, wenn der Rotanteil erhöht wird. Auf diese Weise ist es möglich, je nach Stimmung, Gewohnheit oder Tätigkeit des dem Kunstlicht ausgesetzten Menschen ein individuelles Licht zu erzeugen, um beispielsweise bestimmte Aktivitäten (z. B. konzentriertes Lesen; Lichttherapie; Entspannen) oder das Wohlbefinden zu fördern.
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der Intensität der LEDs eines LED-Paares kabellos über eine Fernbedienung. Dadurch kann der Beleuchtungskörper bequem vom Arbeitsplatz aus auf die gewünschte Farbtemperatur eingestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Steuerung um eine programmierbare Zeitsteuerung, welche den Farbtemperaturwechsel und/oder den Lichtintensitätswechsel zeitabhängig steuert.
In einer Variante kann vorgesehen werden, dass die erwünschte Farbtemperatur der einzelnen LEDs der LED-Paare in einer Speichereinheit abgespeichert wird. Vorzugsweise sind also die Farbtemperaturen und die Intensitätseinstellung der LEDs in einer Speichereinheit der Steuerung hinterlegbar.
Die Lichtintensität der beiden LEDs eines LED-Paares ist vorzugsweise stufenweise in einem Bereich von 5 bis 100% regelbar. Eine Besonderheit ist hierbei die Farbtemperaturstabilität. Selbst wenn die Intensität auf 5 oder 10% heruntergeregelt ist, beträgt die Farbtemperaturabweichung der einzelnen LEDs der LED-Paare nicht mehr als 5 bis 10%. Dadurch ist gewährleistet, dass das Licht zwar schwächer wird, die Farbtemperatur der beiden LEDs jedoch gleich bleibt. Auf diese Weise bleibt der Farbeindruck des voreingestellten Weißlichtes erhalten.
Die Farbtemperaturen der beiden LEDs eines LED-Paares liegen vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 3000 K und 7000 K, weiter bevorzugt bei etwa 3200 K und etwa 5600 K. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste LED den unteren Farbtemperaturbereich abdeckt, während die zweite LED des LED-Paares den oberen Bereich abdeckt. Vorzugsweise beträgt die Farbtemperatur der ersten LED eines LED-Paares etwa 3200 K, während die Farbtemperatur der zweiten LED etwa 5600 K beträgt. Somit decken die beiden LEDs die vorgegebenen Bandgrenzen des Farbtemperaturspektrums ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine oder beide LEDs eines LED-Paares zusätzlich Licht mit einem gegenüber Kunstlicht erhöhten Rotanteil emittiert/emittieren. Dadurch ist es möglich, dass das künstlich erzeugte Licht dem natürlichen Tageslicht möglichst nahe kommt.
Natürlich ist es auch möglich, die LED-Paare auf eine fixierte Farbtemperatur und -intensität festzulegen. Dann hätte man einen Beleuchtungskörper, dessen Farbtemperatur nicht mehr steuerbar ist. Die Masse und Form des Beleuchtungskörpers ist nicht festgelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5803579 A [0006]
DE 60021911 T2 [0007]

Claims

Beleuchtungskörper mit der Funktion zur Einstellung der Farbtemperatur von Weißlicht, umfassend – ein Gehäuse mit Halterungen zur Aufnahme von Leuchtdioden (LEDs), die Licht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen emittieren, wobei wenigstens ein Teil des Gehäuses für das von den LEDs emittierte Licht transparent ist, – Anschlüsse zur Versorgung der LEDs mit Energie, dadurch gekennzeichnet, dass immer zwei LEDs mit unterschiedlichen Farbtemperaturen paarweise im Gehäuse angeordnet sind und jedes LED-Paar Licht mit einer ersten Farbtemperatur und einer zweiten Farbtemperatur als Mischlicht emittiert, wobei die Farbtemperatur der ersten LED des LED-Paares geringer ist als die Farbtemperatur der zweiten LED, und wobei die Intensität der Lichtemission jeder einzelnen LED oder des Mischspektrums des LED-Paares über eine Steuerung individuell und unabhängig von der jeweils anderen LED des LED-Paares regelbar ist.
Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der beiden LEDs eines LED-Paares stufenweise in einem Bereich von 5 bis 100% für jede einzelne LED getrennt oder paarweise regelbar ist.
Beleuchtungskörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Farbtemperaturen der beiden LEDs eines LED-Paares in einem Bereich zwischen etwa 3000 K und etwa 7000 K liegen.
Beleuchtungskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Farbtemperaturen der beiden LEDs eines LED-Paares in einem Bereich zwischen etwa 3200 K und etwa 5600 K liegen.
Beleuchtungskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbtemperatur der ersten LED eines LED-Paares etwa 3200 K und die Farbtemperatur der zweiten LED etwa 5600 K beträgt.
Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide LEDs eines LED-Paares zusätzlich Licht mit einem gegenüber Kunstlicht erhöhten Rotanteil zur Verstärkung des Farbeindrucks emittiert/emittieren.
Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbtemperatur-Abweichung der einzelnen LEDs der LED-Paare nicht mehr als 5 bis 10% beträgt.
Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Intensität der LEDs eines LED-Paares kabellos über eine Fernbedienung erfolgt.
Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Intensität der LEDs eines LED-Paares zeit- oder ereignisabhängig erfolgt.
Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbtemperaturen und die Intensitätseinstellung der LEDs in einer Speichereinheit der Steuerung hinterlegbar sind.