DE102011086449A1

DE102011086449A1 - LED-Lampe und -Leuchte

Info

Publication number: DE102011086449A1
Application number: DE102011086449A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Meltke; Roland Michal; Torsten Rehberg
Original assignee: Narva Lichtquellen GmbH and Co KG
Current assignee: Narva Lichtquellen GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2013-05-16
Also published as: EP2594840A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lampe und dazu korrespondierende Leuchte, aufweisend mindestens eine LED, welche innerhalb des visuellen Spektrums von 380 nm bis 780 nm Wellenlänge (VIS-Bereich) Licht aussendet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Lampe zusätzlich Strahlung außerhalb des Lichtspektrums im VIS-Bereich aussendet, insbesondere im Nah-Infrarotbereich von 780 nm bis 1,4 μm Wellenlänge (IR-A-Bereich), im mittleren Infrarotbereich von 1.4 μm bis 3,0 μm Wellenlänge (IR-B-Bereich), im Nah-Ultraviolettbereich von 380 nm bis 315 nm Wellenlänge (UV-A-Bereich), im mittleren Ultraviolettbereich von 315 nm–280 nm Wellenlänge (UV-B-Bereich). Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäße LED-Lampe in Spezialgebieten eingesetzt werden kann, die besondere Lichtspektren benötigen und wo diese Lichtspektren von bekannten LED-Lampen, die im visuellen Bereich Licht aussenden, nicht erzeugt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lampe und dazu korrespondierende Leuchte, aufweisend mindestens eine LED, welche innerhalb des visuellen Spektrums von 380 nm bis 780 nm Wellenlänge (VIS-Bereich) Licht aussendet.
Zum Ersatz von Glühfadenlampen, die eine geringe Lichtausbeute und eine hohe Wärmestrahlung aufweisen, werden Lampen mit Leuchtdioden (LED) eingesetzt. Die Lichtausbeute von Leuchtdioden ist sehr hoch und zum Zeitpunkt dieser Anmeldung ist der verfügbare Lichtstrom von Leichtdioden so hoch, dass sie bei vergleichbarer Baugröße und vergleichbaren Herstellungskosten und auch bei einer elektrischen Verbrauchsbetrachtung in Konkurrenz zu Glühfadenlampen stehen.
Leuchtdioden weisen in der Regel vergleichsweise enge Spektralbereiche auf, in denen sie Licht aussenden. Um den Spektralbereich von Lampen mit LED-Beleuchtung an die erwünschte Lichtfarbe anzupassen – in der Regel ist die Wunschfarbe Weißlicht – greift man hierzu auf Kombinationen verschiedenfarbiger Leuchtdioden zurück. Zur Erzielung von Weißlicht greift man auch auf verschiedene Leuchtdioden-Typen zurück, die eng auf einem Substrat angeordnet werden. Neben der Kombination von Leuchtdioden-Typen, die innerhalb des visuellen Spektralbereiches von 380 nm bis 780 nm Wellenlänge Licht abstrahlen, ist es auch bekannt, blau oder ultraviolett strahlende Leuchtdioden einzusetzen, deren Lichtspektrum durch anorganische Leuchtsalze oder Leuchtphosphore verändert wird, vergleichbar mit der Funktionsweise von Leuchtstofflampen, in denen das ultraviolette Linienspektrum der Gasentladung über Mischungen anorganischer Salze verändert wird.
Da es bei LED-Lampen vorrangig Ziel ist, die Lichtausbeute zu erhöhen, wird in der Regel das Spektrum der LED-Lampen innerhalb des visuellen Bereiches optimiert. Infrarot-Anteile und auch Ultraviolett-Anteile werden in der Regel vermieden, weil ultraviolettes Licht oder infrarotes Licht vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist.
Lampen zum Einsatz in der Qualitätskontrolle erfordern eine besondere spektrale Zusammensetzung ihrer Lichtfarbe. Diese Lichtfarbe ist mit einer Lichtzusammensetzung, die ausschließlich aus Wellenlängen im visuellen Bereich (VIS) liegt, nicht zu erreichen. Je nach Einsatz ist es beispielsweise für die optische Qualitätskontrolle von Lacken und Oberflächen notwendig, dass ultraviolettes Licht dem Lichtspektrum beigemischt ist. Bekannte LED-Lampen sind daher in der Qualitätskontrolle nicht einsetzbar.
Auch Lampen im medizinischen Bereich erfordern – je nach Einsatz – eine spezielle spektrale Zusammensetzung, die mit einer Lichtzusammensetzung, die ausschließlich aus Wellenlängen im visuellen Bereich (VIS) liegt, nicht zu erreichen ist. Hierzu gehören Lampen, die bestimmte Ultraviolettanteile aufweisen, um die Melatonin-Synthese im Körper des Menschen zu stimulieren. Die Synthese von Melatonin bewirkt eine höhere Konzentrationsfähigkeit und wirkt antidepressiv. Auch bei der Lichttherapie von depressiven Patienten kann mit einer speziellen Lichtzusammensetzung dem Patient geholfen werden, von Depressionen geheilt zu werden. Bekannte LED-Lampen sind daher auch in der Medizin oder im sogenannten medizinnahen Bereich nicht einsetzbar.
Lampen zur Verwendung in der Aquaristik und Terraristik erfordern eine spezielle Zusammensetzung des ausgestrahlten Lichts. Lampen für die Aquaristik erfordern neben dem visuellen Spektrum (VIS) auch Lichtanteile im UV-Spektrum. Terraristik-Lampen erfordern neben dem visuellen Spektrum auch Anteile im IR-Spektrum.
Schließlich benötigen Lampen zur Aufzucht von Tieren und auch von Pflanzen besondere spektrale Zusammensetzung des Lichts. Hierzu gehören Aufzuchtlampen für Hühner und Lampen für die Beleuchtung von Pflanzen. Hühner haben gegenüber dem menschlichen Sehvermögen auch Sehvermögen im ultravioletten Bereich. Hühnern zur Aufzucht diese Lichtanteile zur Verfügung zu stellen bedeutet, ihnen eine bessere Orientierung zu ermöglichen. Pflanzen, die ultraviolette Spektralanteile angeboten bekommen, haben – je nach Pflanzentyp – eine größere Vitalität, was sich in Blattfarbe, Blattgröße und Volumen der grünen Pflanzenbestandteile auswirkt. Bekannte LED-Lampen sind daher auch in der Hühnerzucht nicht einsetzbar.
Auch ist es bei der Beleuchtung von Fleischwaren und Bäckereierzeugnissen im Einzelhandel notwendig, den visuellen Lichtbestandteilen, Lichtbestandteile außerhalb des visuellen Spektralbereiches beizumischen, um einen besonders appetitlichen und kontraststarken Anblick der Waren zu erreichen. Bekannte LED-Lampen sind daher auch zur verkaufsfördernden Beleuchtung von Fleisch und Backwaren nicht einsetzbar.
Schließlich sind optische Aufheller, die beispielsweise der Oberflächenbeschichtung von gattungsgemäßen Papier oder weißer Garderobe zugemengt werden im rein visuellen Bereich des Lichtes nicht wirksam, weil optische Aufheller im ultravioletten Licht weiß oder bläulich fluoreszieren und daher im visuellen Bereich heller leuchten als sie scheinbar beleuchtet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lampe auf LED-Basis zur Verfügung zu stellen, die Spektralanteile außerhalb des visuellen Bereiches im erzeugten Licht aufweisen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Lampe zusätzlich Strahlung außerhalb des Lichtspektrums im VIS-Bereich aussendet, insbesondere im Nah-Infrarotbereich von 780 nm bis 1,4 μm Wellenlänge (IR-A-Bereich), im mittleren Infrarotbereich von 1.4 μm bis 3,0 μm Wellenlänge (IR-B-Bereich), im Nah-Ultraviolettbereich von 380 nm bis 315 nm Wellenlänge (UV-A-Bereich), im mittleren Ultraviolettbereich von 315 nm–280 nm Wellenlänge (UV-B-Bereich).
Eine erfindungsgemäße Lampe mit mindestens einer LED kann daher neben den Leuchtdioden, die im visuellen Spektralbereich leuchten und mit deren Kombination für das menschliche Auge scheinbar oder – je nach Mischungsart auch tatsächlich – weißes Licht erzeugt wird, eine weitere Lichtquelle aufweisen, die im IR-A-Bereich, im IR-B-Bereich, im UV-A-Bereich und/oder auch im UV-B-Bereich Licht aussendet.
Die erfindungsgemäßen LED-Lampen weisen in Bezug auf die visuelle Lichtausbeute eine geringere Lichtausbeute auf als bekannte Leuchtdioden.
Um die LED-Lampen herzustellen, ist vorgesehen, dass die Lampe eine Kombination von mindestens einer visuellen LED, die rot, grün, blau aber auch weiß leuchten kann, eine weitere Strahlenquelle beigefügt ist. Diese Strahlenquelle kann eine LED sein, die im IR-A-Bereich, im IR-B-Bereich, im UV-A-Bereich und/oder im UV-B-Bereich strahlt.
Die Anteile des Lichtspektrums in Bezug auf die abgestrahlte Lichtenergie, die außerhalb des visuellen Bereiches liegen, weisen dabei einen Anteil von 0,1% bis 8%, bevorzugt von 1% bis 5%, besonders bevorzugt von 4% auf. Die Anteile des Lichtspektrums im IR-A-Bereich, im IR-B-Bereich, im UV-A-Bereich und/oder im UV-BV-Bereich können dabei gemeinsam im Bereich von 0,1% bis 8% liegen oder getrennt voneinander im Bereich von 0,1% bis 8% liegen.
Quellen für ultraviolettes Licht können sein: eine ultraviolett strahlende LED, eine ultraviolett oder blau strahlende LED mit einer Beschichtung aus Leuchtsalzen oder Leuchtphosphoren und/oder auch Gasentladungslampen, deren Lichtanteil am Gesamtspektrum in den Grenzen von 0,1% bis 8%, bevorzugt in den Grenzen von 1% bis 5%, besonders bevorzugt von etwa 4% liegt.
Quellen für infrarotes Licht können ebenfalls LEDs sein, die im IR-A-Bereich Licht ausstrahlen, LEDs, die im IR-B-Bereich Licht ausstrahlen, aber auch herkömmliche IR-Strahler.
Die zukünftige Entwicklung in der Branche lasen die Lampe als Lichtquelle, wie sie heute als Glühbirne, Leuchtstoffröhre oder als LED-Lampe bekannt sind, mit der gesamten Leuchte verschmelzen. Die Erfindung bezieht sich daher nicht nur auf die Lampe, sondern auch auf eine Leuchte.
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt
1 ein beispielhaftes Spektrum einer erfindungsgemäßen LED-Lampe mit ausgeblendetem VIS-Spektralanteil
In 1 ist eine Spektrenschar A, B, C, D verschiedener LED-Lampen dargestellt, deren VIS-Spektralanteil 1 hier zur Verdeutlichung ausgeblendet ist. In der Abbildung ist auf der Abszisse die Wellenlänge λ dargestellt, auf der Ordinate hingegen ist die Intensität bei gegebener Wellenlänge λ angegeben. Bekannte LED-Lampen aus dem Stand der Technik, mit nur einer LED, einer LED mit Leuchtsalzen oder Leuchtphosphoren, mit einer Kombination verschiedener LEDS weisen in diesem VIS-Bereich 1 des Spektrums mehr als 99% der Lichtintensität auf, wobei in den Spektralbereichen innerhalb des VIS-Bereiches 1 nahe dem IR-A-Bereich 2 und dem UV-A-Bereich 4 durch bekannte LED-Lampen schon kaum noch Strahlungsintensität vorhanden ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass je nach Spezialanwendung, nicht unerhebliche Spektralanteile im UV-A-Bereich 4, im UV-B-Bereich 5, im IR-A-Bereich 2 und/oder im IR-B-Bereich 3 des Gesamtlichtes vorhanden sind, und zwar in einem Anteil von 0,1% bis 8% des gesamten ausgestrahlten Lichtes in Bezug auf die ausgestrahlte Lichtenergie.
Spektrum A einer LED-Lampe weist ein Nebenmaximum der Abstrahlenergie im UV-A-Bereich 4 auf. Lampen mit einem deutlichen Peak im UV-A-Bereich sind zur Stimulation der Melatoninproduktion im menschlichen Körper geeignet.
Spektrum B einer anderen LED-Lampe weist in diesem Spektralbereich 4 weniger Lichtintensität auf. Diese Lampen sind geeignet für die Hühneraufzucht oder für die Beleuchtung von Probestücken bei der optischen Qualitätskontrolle von Lacken und Oberflächen oder auch zur verkaufsfördernden Präsentation von Fleischwaren.
Eine weitere LED-Lampe weist das Spektrum C, noch eine weitere LED-Lampe weist das Spektrum D auf, welche im IR-A-Bereich und im IR-B-Bereich ein Nebenmaximum haben. Solche Lampen eignen sich beispielsweise zur Präsentation von Backwaren.
Bezugszeichenliste

1: VIS-Bereich
2: IR-A-Bereich
3: IR-B-Bereich
4: UV-A-Bereich
5: UV-B-Bereich
A: Spektrum
B: Spektrum
C: Spektrum
D: Spektrum
λ: Wellenlänge
I: Intensität

Claims

Lampe, aufweisend mindestens eine LED, welche innerhalb des visuellen Spektrums von 380 nm bis 780 nm Wellenlänge (VIS-Bereich) Licht aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe zusätzlich Strahlung außerhalb des Lichtspektrums im VIS-Bereich aussendet, insbesondere – im Nah-Infrarotbereich von 780 nm bis 1,4 μm Wellenlänge (IR-A-Bereich), – im mittleren Infrarotbereich von 1.4 μm bis 3,0 μm Wellenlänge (IR-B-Bereich), – im Nah-Ultraviolettbereich von 380 nm bis 315 nm Wellenlänge (UV-A-Bereich), – im mittleren Ultraviolettbereich von 315 nm–280 nm Wellenlänge (UV-B-Bereich).
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der abgestrahlten Lichtenergie im Bereich außerhalb des VIS-Bereiches zwischen 0,1% und 8%, bevorzugt zwischen 1% und 5% der gesamten abgestrahlten Lichtenergie beträgt.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil im UV-A-Bereich zwischen 0,1% und 8%, bevorzugt zwischen 1% und 5% der gesamten abgestrahlten Lichtenergie beträgt.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil im UV-B-Bereich zwischen 0,1% und 8%, bevorzugt zwischen 1% und 5% der gesamten abgestrahlten Lichtenergie beträgt.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil im IR-A-Bereich zwischen 0,1% und 8%, bevorzugt zwischen 1% und 5% der gesamten abgestrahlten Lichtenergie beträgt.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil im IR-B-Bereich zwischen 0,1% und 8%, bevorzugt zwischen 1% und 5% der gesamten abgestrahlten Lichtenergie beträgt.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kombination von mehr als einer LED aufweist, die in unterschiedlichen Spektralbereichen Licht abgeben und/oder dass eine Gasentladungsrühre neben der mindestens einen LED vorgesehen ist.
Leuchte aufweisend eine Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7.