DE102005059362A1

DE102005059362A1 - Adjustable color daylight source has at least one light emitting diode emitting white light of defined color temperature combined with light emitting diodes emitting light of least two different colors

Info

Publication number: DE102005059362A1
Application number: DE102005059362A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Grantz; Gunnar Helms; Michael Daiss
Original assignee: Helmut Dipl.-Ing. Grantz
Current assignee: MBB INTERNATIONAL GROUP AG, BAAR, CH
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-09-07

Abstract

The microprocessor-controlled device produces daylight using LEDs consisting of groups of LEDs of equal power or individual LEDs of different adapted power and is adjustable in color temperature. An LED emitting white light of a defined color temperature is combined with LEDs emitting light of at least two different colors.

Description

1 Beschreibung1 description

Es wird eine Lichtquelle beschrieben, deren Lichtfarbe ein Spektrum aufweist, welches weitgehend dem Tageslichtspektrum entspricht, das durch aktives Zumischen von Farblicht in der Farbtönung verändert werden kann, ohne dass dabei der Charakter des Tageslichts-Spektrums verändert wird.It a light source is described whose light color is a spectrum which largely corresponds to the daylight spectrum, which can be changed by active mixing of color light in the color tint without changing the character of the daylight spectrum.

2.1 Biologisch wirksames Licht2.1 Biologically active light

Es sind Leuchten bekannt, die durch den Einsatz von hochwertigen Leuchtstoffröhren mit Tageslichtspektrum ein Licht abstrahlen, das weitgehend dem Tageslicht entspricht. Solche Leuchten werden vor allem für therapeutische Zwecke als sogenannte Gesundheitsleuchten oder auch Wohlfühlleuchten oder auch allgemein als biologisch wirksames Licht eingesetzt. Hierzu ist es von Bedeutung, dass ein Licht abgestrahlt wird, das weitgehend dem Sonnenlichtspektrum gleicht und auch die nahen ultraviolett Anteile umfasst. Besonders die UV-Anteile im nahen UV- Bereich sind auch für den Menschen von Bedeutung und sind für Pflanzen, Terrarien, Reptilien, Volieren, Aquarien meist unverzichtbar. Die therapeutische Wirkung solcher Leuchten zur Steigerung des menschlichen Wohlbefindens ist wissenschaftlich erwiesen. Jeder Anteil des abgestrahlten Spektrums beeinflusst Körperfunktionen und damit das Wohlbefinden. Auch andere Lebewesen und Pflanzen bevorzugen Licht dieser Art. Ein Grund dafür ist außerdem die gegenüber heute meist verbreiteten Beleuchtungsarten vorteilhafte Steigerung des Stoffwechsels durch Assimilation. Der durchschnittliche erwachsene menschliche Körper beispielsweise erreicht durch Assimilation über Lichteinwirkung einen täglichen Stoffwechsel in Höhe von etwa 50 kg.It Luminaires are known by the use of high quality fluorescent tubes Daylight spectrum emit a light that is largely the daylight equivalent. Such lights are used primarily for therapeutic purposes So-called health lights or feel-good lights or in general used as biologically effective light. For this it is important that a light is emitted that is largely the sunlight spectrum similar and includes the near ultraviolet components. Especially the UV levels in the near UV range are also for important to humans and are for plants, terrariums, reptiles, Aviaries, aquariums usually indispensable. The therapeutic effect such lights to increase the human well-being is scientifically proven. Every part of the radiated spectrum affects bodily functions and thus the well-being. Other creatures and plants also prefer Light of this kind. One reason is also the opposite today most common types of lighting advantageous increase of metabolism through assimilation. The average adult human body For example, assimilation by exposure to light achieves a daily Metabolism in height of about 50 kg.

Leider haben solche Leuchten den Nachteil, dass ein solches Licht vom Menschen häufig als kühl und ungemütlich empfunden wird, weshalb solche Leuchten auf dem Markt nur schwach verbreitet sind. Stattdessen wird von den meisten Menschen „ungesundes Licht" mit einem vom Sonnenlichtspektrum stark abweichenden Spektrum in Kauf genommen. Dazu gehören auch die sogenannten Dreibanden- Leuchtstoffröhren, die scheinbares getöntes Weißlicht durch Farbmischung über Fluoreszenzschichten in den schmalbandigen Farben rot, grün und blau erzeugen, also sehr stark vom Tageslichtspektrum abweichen. Zwischentöne, wie violett, braun, gelb oder orange fehlen völlig. Konventionelle Leuchten verwenden meist thermische Lichtquellen, wie Glühbirnen oder Halogenstrahler. Diese Lichtquellen strahlen ein sogenanntes „warmes Licht" ab, das mangels besseren Wissens als gemütlich und daher angenehm empfunden wird, jedoch außer dem hohen Energiebedarf noch den Nachteil aufweist, dass das Farbspektrum stark nach rot verschoben ist und ein großer Teil als infrarote Wärmestrahlung emittiert wird. Dadurch werden Gegenstände oder Bilder nicht in Ihrer natürlichen Farbe erkannt und das Lesen erschwert, was wiederum die Augen anstrengt. UV- Licht wird überhaupt nicht abgestrahlt.Unfortunately Such lights have the disadvantage that such a light from humans often as cool and uncomfortable is felt, which is why such lights on the market only weak are common. Instead, most people say "unhealthy Light "with one from the spectrum of sunlight strongly deviating spectrum accepted. To belong also the so-called three-band fluorescent tubes, the apparent tinted white light through Color mixing over Fluorescent layers in the narrowband colors red, green and blue generate, so very much different from the daylight spectrum. Nuances, like violet, brown, yellow or orange are completely missing. Conventional lights usually use thermal light sources, such as light bulbs or halogen lamps. These light sources radiate a so-called "warm light", the lack of better Knowledge as cozy and therefore pleasant, but beyond the high energy requirements still has the disadvantage that the color spectrum strongly to red is moved and a big one Part as infrared heat radiation is emitted. As a result, items or pictures are not in your natural Color detected and the reading difficult, which in turn strains the eyes. UV light will ever not radiated.

Um nun den gewünschten Therapieeffekt durch Einsatz von Lichtquellen mit Tageslichtspektrum zu erzielen, und dabei auch noch eine angenehme Farbempfindung zu erreichen, werden heute neben hochwertigen Weißlichtquellen, die ein tageslichtähnliches Spektrum auch mit nahen UV- Anteilen abstrahlen, Filtertechniken beispielsweise durch eingefärbte Reflektoren eingesetzt, die einen Anteil des abgestrahlten Weißlichtes in der Filterfarbe abstrahlen. Da dieser Anteil Weißlicht in Farblicht gewandelt wird, geht natürlich Leistung und ein Teil der therapeutischen Wirkung verloren. Da nicht nur das tageslichtähnliche Spektrum für Therapiezwecke von Bedeutung ist, sondern die im Laufe des Tages sich ändernden Intensitäten und Farben des Spektrums, die wiederum die „Innere Uhr" beeinflussen, werden auch Leuchten auf dem Markt angeboten, bei denen diese Filter während des Tagesablaufs mechanisch manuell oder zeitgesteuert gewechselt werden. Dies geschieht allerdings nicht unmerklich kontinuierlich, sondern in Stufen.Around now the desired one Therapy effect through the use of light sources with daylight spectrum to achieve, while still a pleasant color sensation achieve today, in addition to high-quality white light sources, which is a daylight-like Also emit spectrum with near UV components, filter techniques for example, by colored Reflectors used, which is a proportion of the emitted white light blast in the filter color. Since this proportion of white light in Color light is converted, of course, performance and part lost the therapeutic effect. Not only the daylight-like Spectrum for Therapy is important, but during the day changing intensities and colors of the spectrum, which in turn affect the "inner clock", too Luminaires offered in the market where these filters during the Daily routine mechanically manually or timed to be changed. However, this does not happen imperceptibly continuously, but in stages.

Ein weiterer unerwünschter Nebeneffekt der vorhandenen Lichtquellen für biologisch wirksames Licht ist das durch die verwendete Wechselspannung erzeugte Flackern. Vom Menschen wird dieses Flackern ab 50 Hz zwar bewusst kaum wahrgenommen, vor allem kleine Tiere nehmen es jedoch als starke Lichtschwankung wahr. Das durch Wechselspannung bedingte Flackern unterscheidet das Kunstlicht daher stark vom natürlichen Tageslicht. Somit bewirkt es als biologisch wirksames Licht unerwünschte Nebeneffekte bei der therapeutischen Beleuchtung von Mensch, Pflanzen und Tieren.One further undesirable Side effect of existing light sources for biologically effective light is the flicker generated by the AC voltage used. From humans, this flicker from 50 Hz is deliberately barely noticed, before However, all small animals perceive it as a strong fluctuation of light. The flicker caused by alternating voltage therefore distinguishes the artificial light strong of the natural Daylight. Thus, as a biologically effective light, it causes undesirable side effects in the therapeutic lighting of humans, plants and animals.

2.2 Medizinische Leuchten2.2 Medical lights

In diesem Bereich werden sehr hohe Ansprüche an die Lichtqualität gestellt, die sogar in Normen festgelegt sind. Dies trifft insbesondere für Operationsleuchten zu, bei denen zudem noch sehr hohe Leuchtstärken gefordert werden. Um diese geforderten Qualitäten zu erreichen, werden heute hochlichtstarke thermische Lichtquellen eingesetzt mit all den Nachteilen, die oben beschrieben sind. Hochdruck- Gasentladungs- Lampen müssen darüber hinaus wegen der Explosionsgefahr noch besonders durch Schutzmassnahmen abgeschirmt sein. Um die geforderte Lichtqualität zu erreichen sind die benötigten Reflektoren mit geeigneten Filterbeschichtungen versehen, die zusätzlich weitgehend die schädliche Infrarot- Abstrahlung durchlassen müssen, um eine Erwärmung des Operationsbereiches zu vermeiden. Zusätzlich wird die Lichtfarbe durch den Einsatz von Filterscheiben den Anforderungen angepaßt. Dies alles kostet Energie und erfordert hohe Aufwendungen.In this area very high demands are placed on the quality of light, which are even specified in standards. This is especially true for surgical lights in which also still very high luminosities are required. To achieve these required qualities, today high-intensity thermal light sources are used with all the disadvantages described above. High-pressure gas discharge lamps must also be shielded due to the risk of explosion especially by protective measures. In order to achieve the required quality of light, the required reflectors are provided with suitable filter coatings, which also largely the harmful In Infrared radiation must pass to avoid heating of the surgical area. In addition, the light color is adapted to the requirements by the use of filter discs. This all costs energy and requires high expenses.

2.3 Fotobeleuchtung2.3 Photo lighting

Für fotographische Zwecke sind bis heute Fotoleuchten und Scheinwerfer im Einsatz, die meist kein Tageslichtspektrum abstrahlen. Um den gewünschten Bildeffekt zu erzielen, werden daher oft Kunstlichtfilme mit einer auf das Kunstlicht abgestimmten Sensibilisierung eingesetzt oder geeignete Filtertechniken verwendet. Vor allem im professionellen Bereich sind oft sehr aufwändige Filterungen mit den dazugehörigen Farbmessungen nötig, weil die verwendeten Lichtquellen ihre Farbe durch Alterung oder Temperaturänderungen während der Aufheizphase verändern. Es sind also Wartezeiten nötig, bis die Aufheizphase abgeschlossen ist. Ein besonderer Nachteil dieser Lichtquellen ergibt sich dadurch, dass manche farbige Gegenstände dann falsch wiedergegeben werden, wenn diese eine Farbe aufweisen, die im Spektrum der verwendeten Leuchte nicht, oder zu schwach vorhanden ist und daher vom Gegenstand nicht richtig reflektiert werden kann. Besonders unangenehm fällt dies bei der Wiedergabe von Hauttönen auf, weshalb umfangreiche Schminkprozeduren erforderlich sind, um mit dieser Art "Filtertechnik" diesen Mangel zu kompensieren. Der Einsatz von entsprechenden Lichtquellen mit Tageslichtspektrum könnte diesen Mangel beseitigen, wenn denn solch starke Lichtquellen auf dem Markt verfügbar wären.For photographic Purposes, photo lamps and spotlights are still in use today which usually do not emit any daylight spectrum. To the desired To achieve image effect, are therefore often artificial light films with a used sensitized to the artificial light or suitable filter techniques used. Especially in the professional Area are often very elaborate Filtering with the associated Color measurements necessary, because the light sources used change their color due to aging or temperature changes while change the heating phase. So there are waiting times, until the heating phase is completed. A particular disadvantage This light sources results from the fact that some colored objects then reproduced incorrectly if they have a color that is in the Spectrum of the lamp used, or too weak is and therefore can not be properly reflected by the subject. Especially uncomfortable this when playing skin tones, which is why extensive Make-up procedures are required to with this type of "filter technology" to this deficiency compensate. The use of appropriate light sources with daylight spectrum could this Eliminate shortcomings, if such strong sources of light on the market available would.

3 Aufgabe der Erfindung3 Object of the invention

Die Erfindung soll eine Lichtquelle darstellen, die die Nachteile des technischen Standes vermeidet und in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall einige oder alle der folgenden Eigenschaften aufweist. Dies sind:

• Lichtquelle mit tageslichtähnlichem Spektrum, deren Farbtemperatur aktiv durch zumischbare farbige Lichtquellen veränderbar ist und damit beste Farberkennung ermöglicht.
• Lichtquelle mit tageslichtähnlichem Spektrum, die weitgehend frei von Infrarotabstrahlung ist.
• Lichtquelle mit tageslichtähnlichem Spektrum, das sowohl in der Lichtstärke, wie auch in der Lichtfarbe während des Tagesablaufs aktiv durch Veränderung der Intensität einzelner oder mehrerer farbiger Lichtquellen veränderbar ist.
• Flackerfreie Lichtquelle, die mit Gleichstrom betrieben wird.
• Lichtquelle mit physiologisch abgestimmten einstellbarem Ultraviolettanteil, um damit die für die Körperfunktion wichtige Produktion des sog. „Sonnenhormons", nämlich Vitamin D3 über die Augen zu fördern.

The invention is intended to represent a light source which avoids the disadvantages of the prior art and has some or all of the following properties depending on the particular application. These are:

• Light source with spectrum similar to daylight, whose color temperature is actively changeable by mixable colored light sources and thus enables the best color detection.
• Light source with daylight-like spectrum, which is largely free of infrared radiation.
• Light source with spectrum similar to daylight, which can be actively changed by changing the intensity of single or multiple colored light sources, both in terms of light intensity and light color during the course of the day.
• Flicker-free light source powered by DC.
• Light source with physiologically tuned adjustable ultraviolet content, in order to promote the important for the body function production of the so-called "sun hormone", namely vitamin D3 through the eyes.

4 Erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe4 Inventive solution of task

4.1 Grundprinzip4.1 basic principle

Die Erfindung umfasst mehrere Ausführungsformen, die sich je nach Anwendungsfall und Komfortanspruch unterscheiden. Dies sind

• die Verwendung von lichtemittierenden Dioden (LED's) mit unterschiedlichen Farben vorzugsweise in Kombination mit Weißlicht- LED's,
• eine unabhängige Einstellung und Regelung jeder einzelnen LED- Farbe,
• die Einstellbarkeit eines durchgehender Farbspektrums,
• die Verwendung von vorzugsweise Gleichstrom zur Stromversorgung,
• zeitabhängige Veränderung der Tageslichtfarbe entsprechend dem natürlichen Tagesablauf,
• sensorgesteuerte Zuschaltung und/oder Regelung der Lichtquelle in Abhängigkeit von der aktuellen Helligkeit,
• sensorgesteuerte Farbmischung in Abhängigkeit von der aktuellen Lichtfarbe.

The invention includes several embodiments that differ depending on the application and comfort claim. these are

The use of light-emitting diodes (LEDs) with different colors, preferably in combination with white-light LEDs,
• independent setting and regulation of each individual LED color,
The adjustability of a continuous color spectrum,
The use of preferably direct current to the power supply,
• time-dependent change of the daylight color according to the natural daily routine,
Sensor-controlled connection and / or regulation of the light source as a function of the current brightness,
• sensor-controlled color mixing depending on the current light color.

Für die Lichtquelle werden für die Grundhelligkeit vorzugsweise breitbandig abstrahlende Weißlicht- LED's verwendet. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung unterschiedlicher Weißlicht- LED's mit Farbtemperaturen im Bereich von < 4000°K und von > 5000°K. Aktuell sind lichtstarke Weißlicht- LED- Arten mit der Farbtemperatur von 3600°K und von 5500°K verfügbar, die beispielhaft in der Beschreibung dieser Erfindung verwendet werden. Zu diesen Weißlicht- LED's werden im sichtbaren Farbbereich LED's zugeschaltet, die vorzugsweise in den Farben blau, grün und rot abstrahlen. Für besondere Farbstimmungen kann auch noch die Zumischung von LED's in den Farben cyan, gelb und orange sinnvoll sein. Vor allem für die biologisch wirksame Lichtquelle werden für viele Anwendungen noch UV- LED's eingesetzt, die im nahen UV- A- Bereich abstrahlen. Deren Lichtwellenlängen liegen vorzugsweise im Bereich von 360–385 nm. Aktuell sind hierfür lichtstarke UV- LED's mit den Wellenlängen von 365 nm und 380 nm verfügbar.For the light source be for the basic brightness preferably broadband emitting white light LED's used. Particularly advantageous is the use of different White light LEDs with color temperatures in the range of <4000 ° K and> 5000 ° K. Current are bright white light LED types with the color temperature of 3600 ° K and 5500 ° K available, the used by way of example in the description of this invention. To these white light LED's are in the visible color range LED's switched on, preferably in the colors blue, green and red radiate. For special Color moods can also be the addition of LED's in the colors cyan, yellow and orange make sense. Especially for the biologically effective light source be for many applications still UV LEDs used, which radiate in the near UV-A range. Their wavelengths of light are preferably in the range of 360-385 nm. Currently are for this high-intensity UV LEDs with the wavelengths of 365 nm and 380 nm available.

Verfügbare Weißlicht- LED's mit 5500°K haben im für den Menschen wichtigsten Wellenlängenbereich einen sehr guten Spektralverlauf, der weitgehend dem Tageslichtspektrum entspricht, weisen jedoch im Bereich von ca. 480 nm eine sehr geringe Abstrahlung auf, um dann jedoch eine Maximalabstrahlung bei ca. 440 nm zu liefern. Verfügbare Weißlicht- LED's mit 3600°K haben ihren Spitzenwert bei etwa 640 nm und haben bei etwa 480 nm eine höhere Abstrahlung als die Weißlicht- LED's mit 5500°K, können die Schwäche in dem Wellenlängenbereich im Vergleich zur natürlichen Abstrahlung jedoch nicht kompensieren. Um dieses „Loch" bei 480 nm auszufüllen, bietet es sich an, verfügbare leistungsstarke blau-grüne LED's mit der Wellenlänge von 505 nm einzusetzen und sie durch blau abstrahlende LED's mit den Wellenlängen von 455 und 465 nm zu ergänzen.Available white light LEDs with 5500 ° K have in the most important wavelength range for humans a very good spectral response, which largely corresponds to the daylight spectrum, but have in the range of about 480 nm, a very low emission, but then a maximum radiation at about 440 nm to deliver. Available white light LEDs with 3600 ° K have their peak at about 640 nm and have at about 480 nm, a higher radiation than the white light LEDs with 5500 ° K, However, they can not compensate for the weakness in the wavelength range compared to the natural radiation. To fill this "hole" at 480 nm, it is advisable to use available powerful blue-green LEDs with the wavelength of 505 nm and to supplement them with blue-emitting LEDs with the wavelengths of 455 and 465 nm.

Die technische Entwicklung von LED- Lichtquellen unterliegt einer sehr schnellen Evolution mit stetiger Veränderung und Verbesserung im Spektralbereich und in der Leistung, die bei Anwendung dieser Erfindung selbstverständlich genutzt werden sollten. Daher kann diese Erfindung hier nur beispielhaft die Lösungsmöglichkeiten der Aufgabe an Hand von einigen derzeit verfügbaren LED- Lichtquellen beschreiben, welche hierzu als besonders geeignet erscheinen.The technical development of LED light sources is subject to a very fast evolution with constant change and improvement in the Spectral range and in the performance, in the application of this invention Of course should be used. Therefore, this invention can only exemplify the possible solutions describe the task on the basis of some currently available LED light sources, which appear to be particularly suitable.

Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung wird auf die folgenden Abbildungen hingewiesen. Die angesprochenen Wellenlängen werden derzeit bei verfügbaren Hochleistungs- LED's abgestrahlt.to better explanation the solution according to the invention is Please refer to the following illustrations. The addressed wavelengths become currently available High performance LED's radiated.

1 zeigt einen im Raum Karlsruhe an einem 25. März gemessenen Strahlungsverlauf im für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich zur Mittagszeit und früh morgens/spät abends, sowie an einem 22. März am selben Ort gemessenen Verlauf mittags bei bedecktem Himmel. Aus diesem Diagramm ist auch das Leistungsverhältnis zu den verschiedenen Tageszeiten ersichtlich. 1 shows a measured in the Karlsruhe area on March 25 radiation course in the visible wavelength range for humans at noon and early morning / late in the evening, as well as on a March 22 at the same place measured course at noon in overcast skies. This chart also shows the power ratio at the different times of day.

2 zeigt den gleichen Spektralverlauf, jedoch relativ aufgetragen. 2 shows the same spectral profile, but relatively plotted.

Kurven in 1 und 2 werden wegen der besseren Vergleichbarkeit auch in einigen nachfolgenden Abbildungen verwendet.Curves in 1 and 2 are also used in some subsequent illustrations for better comparability.

In 3 ist die relative gemessene Tageslicht- Spektralverteilung zur Mittagszeit aufgetragen. Außerdem ist die relative Kurve der Augenempfindlichkeit aufgetragen. Um diese Spektralverteilung anzunähern, wird beispielhaft eine verfügbare Weißlicht- LED mit 5500°K mit einer rel. Spitzenabstrahlung im Blaubereich mit etwa 80% angesteuert, während eine verfügbare Weißlicht- LED mit 3600°K lediglich mit etwa 60% angesteuert wird. Eine verfügbare Blaulicht- LED mit 455 nm wird nur mit etwa 15%, diejenige verfügbare mit 465 nm mit 50% relativer Spitzenabstrahlung benötigt. Im UV- Bereich bei 365 und 380 nm wird mit etwa 50%–60% relativer Spitzenabstrahlung der natürliche Spektralverlauf erreicht.In 3 the relative measured daylight spectral distribution is plotted at lunchtime. In addition, the relative curve of eye sensitivity is plotted. To approximate this spectral distribution, an available white light LED with 5500 ° K with a rel. Peak emission in the blue range is controlled at about 80%, while an available white light LED with 3600 ° K is driven at only about 60%. An available blue-light LED at 455 nm is needed only at about 15%, that available at 465 nm with 50% relative peak emission. In the UV range at 365 and 380 nm, the natural spectral profile is achieved with about 50% -60% relative peak emission.

4 zeigt in einer gemeinsamen Kurve die relative Spektralverteilung des Tageslichtes früh am Morgen und spät am Abend. Es fällt eine deutliche Verschiebung in den Rot- Bereich auf. Auch die Empfindlichkeitskurve der Augen ist hier aufgetragen. Um nun diese Spektralverteilung anzunähern, bieten sich folgende relative Abstrahlwerte in den einzelnen Farben an:
Die Weißlicht- LED mit 5500°K wird mit nur etwa 30% im Blaubereich benötigt. Schwerpunkt bildet die Weißlicht- LED mit 3600°K mit einem Anteil von etwa 80%. Zur Annäherung der Kurve werden außerdem noch je 30% bei 455 nm, bei 505 nm und bei 660 nm benötigt. Im UV- Bereich wäre eine gegenüber dem Mittagsverlauf geringere Abstrahlung einzustellen, die bei 40% bis 50% liegen sollte. 4 shows in a common graph the relative spectral distribution of daylight early in the morning and late in the evening. There is a clear shift in the red area. The sensitivity curve of the eyes is also plotted here. In order to approximate this spectral distribution, the following relative emission values are available in the individual colors:
The white-light LED with 5500 ° K is needed with only about 30% in the blue range. The focus is on the white light LED with 3600 ° K with a share of about 80%. To approximate the curve also each 30% at 455 nm, at 505 nm and 660 nm are required. In the UV range, a lower radiation compared to the noon would be set, which should be 40% to 50%.

In 5 ist ein relativer Strahlungsverlauf zu irgend einem Zeitpunkt zwischen morgens und mittags aufgetragen. Je nach Sonnenstandshöhe verschiebt sich diese Kurve. In diesem Fall liegt der spektrale Spitzenwert bei orange. Hierzu werden bei der Lichtquelle Farben benötigt, die morgens oder mittags nicht erforderlich sind. Es bieten sich folgende relative Abstrahlwerte bei den einzelnen Farben an: Der Schwerpunkt liegt wiederum bei der Weißlicht- LED mit 3600°K mit einem Anteil von 60%. Die Weißlicht- LED mit 5500°K wird zu etwa 65% angesteuert. Dazu kommen die Blaulicht- LED's mit 455 und 465 nm mit etwa je 25%. Es kann sinnvoll sein, auch grün mit 505 nm mit etwa 40% und grün mit 540 nm mit etwa 15% zu verwenden. Zusätzlich werden gelbe LED's mit 615 nm zu etwa 20%, orangene LED's mit 640 nm und rote LED's mit 660 nm mit etwa je 15% benötigt. Für den UV- Bereich bietet sich eine Einstellung bei etwa 45% bis 55% an.In 5 is a relative course of radiation applied at any time between morning and noon. Depending on the position of the sun, this curve shifts. In this case, the spectral peak is orange. For this purpose, the light source requires colors that are not required in the morning or at noon. The following relative emission values are available for the individual colors: The focus is again on the white-light LED with 3600 ° K with a proportion of 60%. The white light LED with 5500 ° K is driven to about 65%. In addition, the blue light LEDs come with 455 and 465 nm with about 25% each. It may be useful to also use green at 505 nm with about 40% and green at 540 nm with about 15%. In addition, yellow LEDs at 615 nm are required at about 20%, orange LEDs at 640 nm and red LEDs at 660 nm at about 15% each. For the UV range, a setting of approximately 45% to 55% is recommended.

Für biologisch wirksame Lichtquellen ist es wünschenswert, zusätzlich auch noch Lichtquellen im oberen Rotlicht- Bereich einzusetzen. Sie sind zwar für das Auge entsprechend der Augempfindlichkeitskurve ohne Bedeutung, für den Körper jedoch sind diese Wellenlängen wie alle Lichtwellenlängen aktiv und steuern durch ihren Anteil speziell die innere Uhr von Lebewesen.For biological effective light sources it is desirable additionally also to use light sources in the upper red light area. They are for the eye is irrelevant according to the eye sensitivity curve, for the body however, these are wavelengths like all wavelengths of light active and by their share specifically control the internal clock of living beings.

Für fotographische Zwecke ist auf Lichtquellen im UV- Bereich und im oberen Rotlicht-Bereich zu verzichten.For photographic Purpose is to dispense with light sources in the UV range and in the upper red light range.

4.2 Aufbau der Lichtquelle4.2 Structure of the light source

Für eine solche Lichtquelle bieten sich je nach Anwendung unterschiedliche Bauweisen an. In der einfachsten Version sind alle benötigten Lichtfarben in einem Lichtkörper zusammengefasst. Es bietet sich hierfür an, die LED- Treiber und die benötigte Kühlung in einem solchen Lichtquellen- Modul ebenfalls unterzubringen. Die Ansteuerung dieser Lichtquellen ist sinnvollerweise bediengerecht an einem geeigneten Platz unterzubringen. Dies hat noch den weiteren Vorteil, dass von einem Ort aus auch mehrere Lichtquellen angesteuert werden können, da die Leistungstreiber ja Bestandteil des Moduls sind.Depending on the application, different construction methods are available for such a light source. In the simplest version, all the required light colors are combined in one light body. It makes sense for this to accommodate the LED driver and the required cooling in such a light source module also. The control of these light sources is usefully to accommodate user-friendly at a suitable place. This has the further advantage that from one place also meh Rere light sources can be controlled, since the power drivers are indeed part of the module.

Für großflächige Beleuchtungen kann es sinnvoll sein, einzelne LED- Farben, wie beispielsweise die UV-LED's abgesetzt von anderen Farben anzuordnen. Für solche Beleuchtungen kann es sinnvoll sein, sowohl die Leistungstreiber, wie auch die Ansteuerung in einem abgesetzten Steuergerät unterzubringen.For large-area lighting It may be useful to use individual LED colors, such as the UV-LED's off of other colors. For such lighting, it may be useful to both the power drivers, as well as to accommodate the control in a remote control unit.

Da die einzelnen LED- Farben in unterschiedlicher Stärke benötigt werden, ist es sinnvoll, eine jeweils leistungsgerechte, angepasste Anzahl der einzelnen LED's zu verwenden, sofern die einzelnen LED- Farben in der selben Leistungsklasse angeboten werden. So werden beispielsweise für je eine einzelne LED- Farbe etwa je 3 Weißlicht- LED's mit 3600°K und 5500°K benötigt. Für die UV- Abstrahlung ist ebenfalls die Verwendung von je 2–3 UV-LED's mit 365 und 380 nm sinnvoll.There the individual LED colors are needed in different thickness, It makes sense, each one adapted to the performance, adapted number of individual LEDs to use, provided the individual LED colors in the same power class Tobe offered. For example, for each one single LED color about 3 white light LED's with 3600 ° K and 5500 ° K needed. For the UV Radiation is also the use of 2-3 UV-LEDs with 365 and 380 nm makes sense.

Es kann jedoch vorteilhafter und kostengünstiger sein, LED's unterschiedlicher Leistung zu verwenden, deren Leistung im etwa selben Verhältnis ausgewählt wird, wie im vorigen Absatz beschrieben.It However, it can be more advantageous and cheaper, LED's different To use power whose power is selected in approximately the same ratio as described in the previous paragraph.

Für eine homogene Beleuchtung ist es von Bedeutung, dass die Lichtquelle eine möglichst gleichmäßige Lichtfarbe aufweist. Für eine biologisch wirksame Allgemeinbeleuchtung ist keine enge Fokussierung der Lichtquelle erforderlich, so dass es erfahrungsgemäß ausreicht, für die Mischung der Lichtfarben eine vorgesetzte Streuscheibe zu verwenden. Dabei sind die UV- LED's entweder außerhalb der Streuscheibe unterzubringen, da sie die sichtbaren Lichtfarben nicht beeinflussen oder es ist darauf zu achten, dass diese Streuscheibe die UV- Anteile hindurchlässt. Zur Verwendung für fotographische Zwecke reicht eine solche Lösung meist ebenfalls aus. Es kann jedoch auch eine nachgeschaltete Fokussierung durch geeignet geformte Reflektoren oder Linsensysteme eingesetzt werden. für besonders hochwertige Scheinwerfersysteme bietet sich an, ein holographisches Lichtmischsystem zu verwenden, wie es in dem Gebrauchsmuster mit dem Aktenzeichen 20 2004 019 348.5 beschrieben ist.For a homogeneous Lighting, it is important that the light source as uniform as possible light color having. For Biologically effective general lighting is not a narrow focus required by the light source so that experience has shown that for the Mix the light colors to use a superior diffuser. Here are the UV LEDs either outside to accommodate the diffuser, since they are the visible light colors do not affect or care to make sure that this diffuser lets through the UV components. For use for For photographic purposes, such a solution is usually sufficient. It However, also a downstream focusing by suitable molded reflectors or lens systems are used. for special high-quality headlamp systems are suitable, a holographic Light mixing system to use, as in the utility model with the reference 20 2004 019 348.5 is described.

5 Beschreibung der Abbildungen5 Description of the pictures

1 Die 1 zeigt das Diagramm von einem im Raum Karlsruhe gemessenen Verlauf des Tageslichtspektrums zu verschiedenen Tageszeiten und Umweltbedingungen im März 1981. Angegeben ist die Strahlungsleistung über der Lichtwellenlänge (Lichtfarbe). Dabei ist (1) der Verlauf zur Mittagszeit an einem sonnigen Märztag (25.3.). Es fällt auf, dass das Maximum im Blaubereich bei etwa 450 nm liegt. (2) zeigt den Verlauf morgens um 7:00 Uhr und abends um 18:00 Uhr am selben Tag, also relativ früh und relativ spät, was den deutlichen Leistungsabfall gegenüber Kurve (1) erklärt. Hier liegt das Maximum eindeutig im tiefroten Bereich bei über 700 nm. Zu einem etwas späteren Zeitpunkt am Morgen oder früheren Zeitpunkt am Abend wandert dieses Maximum in den roten Bereich bei etwa 630 bis 660 nm. Zum Vergleich ist eine Kurve zur Mittagszeit bei bedecktem Himmel (100) aufgetragen. Diese Messung wurde am selben Ort wie die Kurven (1) und (2) durchgeführt, jedoch an einem anderen Märztag (22.3.). Es fällt auf, dass das Verhältnis der Intensitäten bei den einzelnen Wellenlängen dem Verhältnis der Kurve (1) ähnelt, die Strahlungsleistung jedoch auf Grund der Bewölkung deutlich niedriger ist. Das Maximum ist jedoch breiter, als an einem Sonnentag und liegt zwischen blau bei etwa 450 nm bis grün bei etwa 500 nm. 1 The 1 The diagram shows a course of the daylight spectrum measured in the Karlsruhe area at different times of day and environmental conditions in March 1981. The radiation power is given over the wavelength of light (light color). Where is 1 ) the course at lunchtime on a sunny March day (25.3.). It is noticeable that the maximum in the blue range is around 450 nm. ( 2 ) shows the course in the morning at 7:00 clock and in the evening at 18:00 clock the same day, so relatively early and relatively late, which is the significant drop in performance over curve ( 1 ) explained. Here, the maximum is clearly in the deep red area at over 700 nm. At a slightly later time in the morning or earlier in the evening, this maximum migrates to the red area at about 630 to 660 nm. For comparison, a curve at lunchtime in overcast skies ( 100 ) applied. This measurement was in the same place as the curves ( 1 ) and ( 2 ), but on another March day (22.3.). It is noticeable that the ratio of the intensities at the individual wavelengths corresponds to the ratio of the curve ( 1 ) is similar, but the radiation power is significantly lower due to the cloud cover. However, the maximum is wider than on a sunny day and is between blue at about 450 nm to green at about 500 nm.

2 Diese Fig. zeigt die gleichen Kurven, wie 1, jedoch im Verhältnis aufgetragen. Das heißt, dass das Maximum der einzelnen Strahlungsverläufe bei 1 liegt. (1') zeigt also den Verlauf zur Mittagszeit an einem Sonnentag, (2') den Verlauf früh morgens und spät abends am gleichen Sonnentag und (100') den Verlauf zur Mittagszeit an einem wolkigen Tag. 2 This figure shows the same curves as 1 , but applied in proportion. This means that the maximum of the individual radiation profiles is 1. ( 1' ) thus shows the course at lunchtime on a sunny day, ( 2 ' ) the course early morning and late in the evening on the same sunny day and ( 100 ' ) the course at lunchtime on a cloudy day.

3 bis 5 In diesen 3 Abbildungen wird analog zu 2 beispielhaft aufgezeigt, mit welchen verfügbaren LED- Farben und der dazugehörigen relativen Intensität der Verlauf der natürlichen Strahlungsverteilung angenähert werden kann. Außerdem ist in diesen Fig. zum Vergleich die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges dargestellt. Dies zeigt die 3 für die Mittagszeit, die 4 für die Zeit früh am Morgen oder spät am Abend und die 5 zu einer Zeit vormittags, bzw. nachmittags. Dabei ist die jeweils natürliche Strahlungsverteilung mit einer strichlierten Linie dargestellt und die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges mit einer strichpunktierten Linie. Die einzelnen LED- Farben sind mit einer punktierten Linie dargestellt. Letztendlich ist die aus der Farbmischung der einzelnen LED- Farben entstehende resultierende Strahlungsverteilung mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die relative Strahlungsintensität ist direkt proportional einer absoluten Intensität. Der entsprechende Faktor wird durch die benötigte Stärke der vorgesehenen Anwendung bestimmt. Wenn mit I_rel die relative Intensität angegeben ist und mit C der Faktor, so ist die absolute Intensität I_abs= C·I_rel 3 to 5 In these 3 figures, analogous to 2 shows with which available LED colors and the corresponding relative intensity the course of the natural radiation distribution can be approximated. In addition, the sensitivity curve of the human eye is shown in these figures for comparison. This shows the 3 for lunch, the 4 for the time early in the morning or late in the evening and the 5 at a time in the morning or in the afternoon. The respective natural radiation distribution is shown with a dashed line and the sensitivity curve of the human eye with a dash-dotted line. The individual LED colors are shown with a dotted line. Finally, the resulting radiation distribution resulting from the color mixing of the individual LED colors is shown by a solid line. The relative intensity of radiation is directly proportional to an absolute intensity. The corresponding factor is determined by the required strength of the intended application. If the relative intensity is indicated by I _rel and the factor by C, then the absolute intensity I _abs = C * I _rel

3 In dieser Fig. ist die relative Strahlungsverteilung (1') zur Mittagszeit an einem sonnigen Tag und mit (4) die relative Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges aufgetragen. Die durchgehende Linie (5'') zeigt die resultierende Strahlungsverteilung der Farbmischung aus den eingesetzten LED- Farben. Hierzu werden Wisslicht- LED's mit 3600°K (6') mit etwa 58% maximaler relativer Strahlungsintensität, Weißlicht- LED's mit 5500°K (7') mit etwa 75%, blau mit etwa 465 nm (9'') mit etwa 57%, grün bei etwa 540 nm (11') und tot bei mit etwa 15% (14') maximaler relativer Intensität eingesetzt. Zusätzlich können für biowirksame Lichtquellen UV- LED's bei 365 nm (15') mit etwa 50% und bei 380 nm (16'') mit etwa 55% eingesetzt werden. 3 In this figure, the relative radiation distribution ( 1' ) at lunchtime on a sunny day and with ( 4 ) plots the relative sensitivity curve of the human eye. The solid line ( 5 '' ) shows the resulting radiation Distribution of the color mixture from the used LED colors. For this purpose, Wisslicht- LED's with 3600 ° K ( 6 ' ) with about 58% maximum relative radiation intensity, white light LEDs with 5500 ° K ( 7 ' ) at about 75%, blue at about 465 nm ( 9 '' at about 57%, green at about 540 nm ( 11 ' ) and dead at around 15% ( 14 ' ) of maximum relative intensity. In addition, for biovirective light sources, UV LEDs can be used at 365 nm ( 15 ' ) at about 50% and at 380 nm ( 16 '' ) are used at about 55%.

4 In dieser Fig. ist die relative Strahlungsverteilung (2'') früh morgens oder spät abends an einem sonnigen Tag aufgetragen. Die Kurve (4) zeigt wieder die relative Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges. Die Linie (5'') zeigt die resultierende Strahlungsverteilung der Farbmischung aus den eingesetzten LED- Farben. Mit (6'') ist die relative Strahlungsintensität von Weißlicht- LED's mit 3600° K mit etwa 85% relativer maximaler Strahlungsintensität, mit (7'') derjenige von Weißlicht- LED's mit 5500°K mit etwa 35% aufgetragen. 4 In this figure, the relative radiation distribution ( 2 '' ) applied early in the morning or late in the evening on a sunny day. The curve ( 4 ) again shows the relative sensitivity curve of the human eye. The line ( 5 '' ) shows the resulting radiation distribution of the color mixture from the LED colors used. With ( 6 '' ) is the relative radiation intensity of 3600 ° K white light LEDs with about 85% relative maximum radiation intensity, with ( 7 '' ) that of white light LEDs with 5500 ° K applied with about 35%.

Blaulicht- LED's mit 465 nm (9'') werden zu etwa 25% benötigt. Rote LED's mit 660 nm werden ebenfalls mit einer relativen Strahlungsintensität von 25% benötigt, wie die Kurve (14'') zeigt. Die Linie (15'') zeigt die relative Strahlungsintensität der UV- LED's mit einem Maximum von etwa 40% bei 365 nm und die Linie (16'') diejenige von anderen UV- LED's mit dem Maximum von etwa 45% bei 380 nm.Blue light LEDs with 465 nm ( 9 '' ) about 25% are needed. Red LEDs at 660 nm are also required with a relative radiation intensity of 25%, like the curve ( 14 '' ) shows. The line ( 15 '' ) shows the relative radiation intensity of the UV LED's with a maximum of about 40% at 365 nm and the line ( 16 '' ) that of other UV LEDs with the maximum of about 45% at 380 nm.

5 In dieser Fig. ist die relative Strahlungsverteilung (3'') irgendwann am Vormittag oder irgendwann am Nachmittag an einem sonnigen Tag aufgetragen. Die Kurve (4) zeigt die relative Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges. Die Linie (5'') zeigt die resultierende Strahlungsverteilung der Farbmischung aus den eingesetzten LED- Farben. Mit (6'') ist die relative Strahlungsintensität von Weißlicht- LED's mit 3600° K, mit (7''') derjenige von Weißlicht- LED's mit 5500°K aufgetragen. Man sieht, dass (6''') mit etwa 82% maximaler relativer eingestellt ist. (7''') wird mit etwa 50% maximaler relativer Intensität benötigt. 5 In this figure, the relative radiation distribution ( 3 '' ) applied sometime in the morning or sometime in the afternoon on a sunny day. The curve ( 4 ) shows the relative sensitivity curve of the human eye. The line ( 5 '' ) shows the resulting radiation distribution of the color mixture from the LED colors used. With ( 6 '' ) is the relative radiation intensity of white light LEDs at 3600 ° K, with ( 7 ''' ) that of white LED's with 5500 ° K applied. One can see that ( 6 ''' ) is set at about 82% maximum relative. ( 7 ''' ) is needed at about 50% maximum relative intensity.

Blaulicht- LED's mit 465 nm (9''') werden mit etwa 35% benötigt. Grüne LED's mit etwa 540 nm (11''') werden mit etwa 10% benötigt. Rote LED's mit 660 nm (14''') werden mit einer relativen Strahlungsintensität von etwa 15% benötigt. Die Linie (15'') zeigt die relative Strahlungsintensität der UV- LED's mit einem Maximum von etwa 45% bei 365 nm und die Linie (16'') diejenige von anderen UV- LED's mit dem Maximum von etwa 50% bei 380 nm.Blue light LEDs with 465 nm ( 9 ''' ) are needed at about 35%. Green LEDs with about 540 nm ( 11 ''' ) are needed at about 10%. Red LEDs with 660 nm ( 14 ''' ) are required with a relative radiation intensity of about 15%. The line ( 15 '' ) shows the relative radiation intensity of the UV LED's with a maximum of about 45% at 365 nm and the line ( 16 '' ) that of other UV LEDs with the maximum of about 50% at 380 nm.

6 und 7 In diesen beiden Abbildungen ist der Verlauf der Strahlungsenergie der einzelnen Farben über die Tageszeit aufgetragen. Diese Verläufe dienen der Abstimmung einer Konzeption einer solchen Lichtquelle und der dazugehörigen Regelung. Die Maximalabstrahlung der stärksten Lichtfarbe ist jeweils mit 100% angesetzt. Dementsprechend höher sind die Prozentwerte der anderen LED- Farben gegenüber den vorherigen Diagrammen. Dabei wird in der 6 die Gesamtabstrahlung über die Tageszeit konstant gehalten. Man sieht dabei, dass weiß mit 3600°K (6) zu maximal 100% eingestellt ist und weiß mit 5500°K (7) zu etwa 85% benötigt wird. 6 and 7 In these two figures, the course of the radiation energy of the individual colors is plotted over the time of day. These courses are used to coordinate a conception of such a light source and the associated regulation. The maximum radiation of the strongest light color is always set at 100%. Correspondingly higher are the percentages of the other LED colors compared to the previous diagrams. It is in the 6 the overall radiation over the time of day kept constant. It can be seen that white at 3600 ° K ( 6 ) is set to a maximum of 100% and white at 5500 ° K ( 7 ) about 85% is needed.

In der 7 dagegen wird die Strahlungsenergie von 50% am Morgen kontinuierlich auf 100% am Mittag hochgefahren um anschließend zum Abend hin wieder kontinuierlich auf 50% reduziert zu werden. Hier sind die Kurven mit dem Index a versehen. Dies kann beispielsweise über einen Summenregler realisiert werden, der alle Farben gleichzeitig im selben Verhältnis regelt. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Art auch unterschiedliche Gesamtintensitäten zu den Tageszeiten eingestellt oder eingeregelt werden können. Eine andere Möglichkeit bietet eine feste Regeleinstellung, wo also die Tageszeiten fest einpro grammiert sind. Man sieht, dass dann weiß mit 3600°K (6a) zu 100% benötigt wird, während weiß mit 5500°K (7a) zu knapp 100% benötigt wird. Ein geringerer Energiebedarf wird also für alle Farben morgens und abends benötigt. Auch ändert sich das Verhältnis einiger Farben. Diese Lösung bietet also wegen eines geringeren LED- Aufwandes und wegen des Wegfalls des Summenreglers eine kostenoptimierte Ausführung.In the 7 on the other hand, the radiation energy is continuously increased from 50% in the morning to 100% at noon and then continuously reduced to 50% in the evening. Here the curves are provided with the index a. This can be realized for example via a summation controller, which controls all colors simultaneously in the same ratio. This has the advantage that also different overall intensities can be set or adjusted to the times of day in a simple way. Another possibility is a fixed rule setting, where the times of day are programmed. One sees that then white with 3600 ° K ( 6a 100% is needed while white at 5500 ° K ( 7a ) is almost 100% needed. A lower energy requirement is needed for all colors in the morning and in the evening. Also, the ratio of some colors changes. This solution therefore offers a cost-optimized design due to a lower LED effort and because of the omission of the summation controller.

6 Diese Fig. zeigt den relativen Verlauf der Strahlungsintensität der einzelnen Farben über die Tageszeit aufgetragen. In dieser Fig. sind alle Kurven auf eine über die Tageszeit konstante relative Strahlungsenergie der resultierenden Gesamtstrahlung bezogen. Dabei zeigt die Kurve (6) den Verlauf der Weißlicht- LED's, mit 3600°K, die Kurve (7) denjenigen der Weißlicht- LED's mit 5500°K, die Kurve (9) denjenigen der Farbe blau mit 465 nm, die Kurve (11) denjenigen der Farbe grün mit 540 nm und schließlich die Kurve (14) denjenigen der Farbe rot mit 660 nm. Mit den Kurven (15) und (16) ist der Verlauf der Strahlungsintensität der UV- LED's mit 365 nm und 380 nm dargestellt. 6 This figure shows the relative course of the radiation intensity of the individual colors over the time of day. In this figure, all curves are related to a constant relative radiation energy of the resulting total radiation over the time of day. The curve shows ( 6 ) the course of the white light LEDs, with 3600 ° K, the curve ( 7 ) those of the white light LEDs with 5500 ° K, the curve ( 9 ) those of color blue at 465 nm, the curve ( 11 ) those of the color green with 540 nm and finally the curve ( 14 ) those of the color red with 660 nm. With the curves ( 15 ) and ( 16 ) shows the course of the radiation intensity of the UV LEDs at 365 nm and 380 nm.

7 In dieser Fig. ist der relative Verlauf der Strahlungsintensität der einzelnen Farben über die Tageszeit aufgetragen, wenn der Verlauf der Gesamtabstrahlung wie in der Natur auch am Morgen und Abend gegenüber der Mittagszeit reduziert ist. In diesem Fall beträgt die Reduzierung 50% und wird gegen Mittag kontinuierlich gesteigert, bzw. vom Mittag zum Abend hin kontinuierlich abgesenkt. Die Bezeichnungen der einzelnen Kurven entsprechen derjenigen der 6 mit der Indexerweiterung „a". 7 In this figure, the relative course of the radiation intensity of the individual colors is plotted over the time of day, when the course of the total radiation, as in nature, is also reduced in the morning and evening compared to noon. In this case, the reduction is 50% and is continuously increased towards noon, or continuously lowered from noon to evening. The names of the individual curves correspond to those of the 6 with the index extension "a".

8 Diese Fig. zeigt analog zu 3 mögliche Einstellungen zur Mittagszeit, wenn zur Optimierung der resultierenden Spektralverteilung weitere LED- Farben verwendet wer-den. Die Bezeichnungen der Lichtfarben sind gegenüber 3 um +100 erweitert, die Kurve (105') zeigt dementsprechend die resultierende Kurve. Als zusätzliche Farben werden mit (108') blau mit 455 nm, und blaugrün mit 505 nm (110') eingesetzt. Auf grün und rot wurde verzichtet. Diese Fig. zeigt gegenüber der 3 ein deutlich verringertes „Loch" bei 480 nm. 8th This figure shows analogously to 3 possible settings at lunchtime, if to Opti tion of the resulting spectral distribution further LED colors are used. The names of the light colors are opposite 3 extended by +100, the curve ( 105 ' ) shows the resulting curve accordingly. As additional colors with ( 108 ' ) blue at 455 nm, and blue-green at 505 nm ( 110 ' ) used. On green and red was waived. This figure shows against the 3 a significantly reduced "hole" at 480 nm.

9 Diese Fig. zeigt analog zu 4 mögliche Einstellungen am Morgen und am Abend, wenn zur Optimierung der resultierenden Spektralverteilung weitere LED- Farben verwendet werden. Die Bezeichnungen der Lichtfarben sind gegenüber 4 um +100 erweitert, die Kurve (105'') zeigt dementsprechend die resultierende Kurve. Als zusätzliche Farben werden mit (108'') blau mit 455 nm, und blaugrün mit 505 nm (110'') eingesetzt. Auf blau mit 465 nm und grün wurde verzichtet. Diese Fig. zeigt gegenüber der 4 eine deutlich verbesserte Angleichung der resultierenden Kurve (105'') an den natürlichen Strahlungsverlauf vor allem bei 480 nm. 9 This figure shows analogously to 4 possible settings in the morning and in the evening if additional LED colors are used to optimize the resulting spectral distribution. The names of the light colors are opposite 4 extended by +100, the curve ( 105 '' ) shows the resulting curve accordingly. As additional colors with ( 108 '' ) blue at 455 nm, and blue-green at 505 nm ( 110 '' ) used. On blue with 465 nm and green was omitted. This figure shows against the 4 a significantly improved alignment of the resulting curve ( 105 '' ) to the natural radiation profile, especially at 480 nm.

10 Diese Fig. zeigt analog zu 5 mögliche Einstellungen vormittags und nachmittags, wenn zur Optimierung der resultierenden Spektralverteilung weitere LED- Farben verwendet werden. Die Bezeichnungen der Lichtfarben sind gegenüber 5 um +100 erweitert, die Kurve (105''') zeigt dementsprechend die resultierende Kurve. Als zusätzliche Farben werden mit (108''') blau mit 455 nm, und blaugrün mit 505 nm (110'''), gelb mit 615 nm (112''') und orange mit 650 nm (113''') eingesetzt. Diese Fig. zeigt gegenüber der 5 ebenfalls eine verbesserte Angleichung der resultierenden Kurve (105''') an den natürlichen Strahlungsverlauf vor allem bei 480 nm. 10 This figure shows analogously to 5 Possible settings in the morning and in the afternoon, if additional LED colors are used to optimize the resulting spectral distribution. The names of the light colors are opposite 5 extended by +100, the curve ( 105 ''' ) shows the resulting curve accordingly. As additional colors with ( 108 ''' ) blue at 455 nm, and blue-green at 505 nm ( 110 ''' ), yellow with 615 nm ( 112 ''' ) and orange at 650 nm ( 113 ''' ) used. This figure shows against the 5 also an improved alignment of the resulting curve ( 105 ''' ) to the natural radiation profile, especially at 480 nm.

11 Diese Fig. zeigt analog zu 6 den relativen Verlauf der Strahlungsintensität der einzelnen Farben über die Tageszeit bei Verwendung von mehr LED- Farben, wie in den 8 bis 10 gezeigt. Die Bezeichnungen sind wie in der 6 um +100 erweitert. In dieser Fig. sind alle Kurven auf eine über die Tageszeit konstante relative Strahlungsenergie der resultierenden Gesamtstrahlung bezogen. Dabei zeigt die Kurve (106) den Verlauf der Weißlicht- LED's, mit 3600°K, die Kurve (107) denjenigen der Weißlicht- LED's mit 5500°K, die Kurve (108) die zusätzlich gegenüber 6 eingesetzte Farbe blau mit 455 nm, die Kurve (109) denjenigen der Farbe blau mit 465 nm, die Kurve (111) denjenigen der Farbe grün mit 540 nm, die Kurve (112) die zusätzlich eingesetzte Farbe gelb mit 615 nm, die Kurve (113) die zusätzlich eingesetzte Farbe orange mit 640 nm und schließlich die Kurve (114) denjenigen der Farbe rot mit 660 nm. Mit den Kurven (115) und (116) ist der Verlauf der Strahlungsintensität der UV- LED's mit 365 nm und 380 nm dargestellt. 11 This figure shows analogously to 6 the relative course of the radiation intensity of the individual colors over the time of day when using more LED colors, as in the 8th to 10 shown. The names are like in the 6 extended by +100. In this figure, all curves are related to a constant relative radiation energy of the resulting total radiation over the time of day. The curve shows ( 106 ) the course of the white light LEDs, with 3600 ° K, the curve ( 107 ) those of the white light LEDs with 5500 ° K, the curve ( 108 ) in addition to 6 used color blue with 455 nm, the curve ( 109 ) those of color blue at 465 nm, the curve ( 111 ) those of the color green with 540 nm, the curve ( 112 ) the additionally used color yellow with 615 nm, the curve ( 113 ) the additionally used color orange with 640 nm and finally the curve ( 114 ) those of the color red with 660 nm. With the curves ( 115 ) and ( 116 ) shows the course of the radiation intensity of the UV LEDs at 365 nm and 380 nm.

12 In dieser Fig. ist analog zu 7 der relative Verlauf der Strahlungsintensität der einzelnen Farben über die Tageszeit bei Verwendung von mehr LED- Farben aufgetragen, wie in den 8 bis 10 gezeigt, wenn der Verlauf der Gesamtabstrahlung wie in der Natur auch am Morgen und Abend gegenüber der Mittagszeit reduziert ist. In diesem Fall beträgt die Reduzierung 50% und wird gegen Mittag kontinuierlich gesteigert, bzw. vom Mittag zum Abend hin kontinuierlich abgesenkt. Die Bezeichnungen der einzelnen Kurven entsprechen derjenigen der 11 mit der Indexerweiterung „a". 12 In this figure is analogous to 7 the relative course of the radiation intensity of the individual colors over the time of day when using more LED colors applied, as in the 8th to 10 shown, if the course of the total radiation is reduced as in the nature also in the morning and evening opposite the noon time. In this case, the reduction is 50% and is continuously increased towards noon, or continuously lowered from noon to evening. The names of the individual curves correspond to those of the 11 with the index extension "a".

13 In Ergänzung zur 6 zeigt diese Fig. eine mögliche Anordnung der LED- Farben entsprechend dem dazugehörigen Leistungsbedarf. Die einzelnen LED's sind als Kreise dargestellt. Die darauf befindliche Nummer gibt analog 6 die jeweilige LED- Farbe an. 13 In addition to 6 this Fig. shows a possible arrangement of the LED colors according to the associated power requirements. The individual LEDs are shown as circles. The number thereon is analog 6 the respective LED color.

Unter der Voraussetzung, dass die einzelnen farbigen LED's in etwa die gleiche Strahlungsleistung aufweisen, wird die benötigte Leistung bis auf eine aus Symmetriegründen leicht angepasste jeweilige Anzahl von LED's pro Farbe bestimmt. So werden hier 7 weiße LED's mit 3600°K (6) verwendet, 5 weiße LED's mit 5500°K (7), 3 blaue LED's (9), 1 grüne LED (11), 2 rote LED's (14), 4 UV- LED's (5) und 5 UV- LED's (6), also insgesamt 27 LED's.Provided that the individual colored LEDs have approximately the same radiant power, the required power is determined except for a symmetry reasons slightly adapted respective number of LEDs per color. So here are 7 white LEDs with 3600 ° K ( 6 ), 5 white LEDs with 5500 ° K ( 7 ), 3 blue LEDs ( 9 ), 1 green LED ( 11 ), 2 red LEDs ( 14 ), 4 UV LEDs ( 5 ) and 5 UV LEDs ( 6 ), so a total of 27 LEDs.

Erfahrungsgemäß wird eine sehr gute Farbmischung erzielt, wenn die farbigen LED's, die ja in kleinerer Stückzahl als die weißen LED's benötigt werden, mittig angeordnet sind und von den beiden Gruppen von Weißlicht- LED's umgeben werden. Da die UV- LED's das sichtbare Farbbild nicht beeinträchtigen, können diese ebenfalls außen angebracht sein.Experience has shown that one very good color mixing achieved when the colored LED's, yes in smaller quantity as the white ones LED's are needed centered and separated from the two groups of white light LED's are surrounded. Because the UV LED's do not affect the visible color image, they may also be attached externally.

14 In Ergänzung zur 7 zeigt diese Fig. eine mögliche Anordnung der LED- Farben entsprechend dem dazugehörigen Leistungsbedarf, wenn die Leistung gegen Morgen und gegen Abend reduziert wird. Die einzelnen LED's sind als Kreise dargestellt. Die darauf befindliche Nummer mit der Erweiterung „a" gibt analog 7 die jeweilige LED- Farbe an. Unter der Voraussetzung, dass die einzelnen farbigen LED's in etwa die gleiche Strahlungsleistung aufweisen, wird die benötigte Leistung bis auf eine aus Symmetriegründen leicht angepasste jeweilige Anzahl von LED's pro Farbe bestimmt. Man sieht, dass gegenüber 13 die Anzahl der LED's leicht differieren. Es werden also hier ebenfalls 6 weiße LED's (6a) verwendet, jedoch 6 weiße LED's (7a), 4 blaue LED's (9a), je 1 grüne LED (11a), rote LED (14a) und die gleiche Anzahl UV- LED's, wie in 13. 14 In addition to 7 this figure shows a possible arrangement of the LED colors according to the corresponding power requirement when the power is reduced towards morning and towards evening. The individual LEDs are shown as circles. The number thereon with the extension "a" is analog 7 the respective LED color. Provided that the individual colored LEDs have approximately the same radiant power, the required power is determined except for a symmetry reasons slightly adapted respective number of LEDs per color. You can see that opposite 13 the number of LEDs slightly differ. So there are also 6 white LEDs ( 6a ), but 6 white LEDs ( 7a ), 4 blue LEDs ( 9a ), 1 green LED each ( 11a ), red LED ( 14a ) and the same number of UV LEDs as in 13 ,

15 und 16 Diese Abbildungen zeigen analog zu den 13 und 14 mögliche Anordnungen von LED's bei Verwendung von mehr LED- Farben entsprechend der 8 bis 10. Es gelten also die gleichen Bemerkungen wie in den 13 und 14. Gegenüber diesen Abbildungen wird deutlich, dass eine solche Lichtquelle aufwändiger wird, weil logischerweise deutlich mehr LED's benötigt werden. Nicht in einer Zeichnung dargestellt ist eine mögliche verteilte Anordnung der LED's um zum Beispiel einen Raum diffus zu beleuchten. Dabei können die unterschiedlichen Farben an unterschiedlichen Orten unter-gebracht sein und trotzdem wird für einen Beobachter bei gut gelungener Aufteilung der einzelnen Farben der Eindruck einer homogenen Tageslichtbeleuchtung vermittelt. Erhalten bleibt bei dieser Ausführung lediglich das Verhältnis der Leistung der einzelnen Farben untereinander. Diese Anordnung bietet vor allem für große Räume die vorteilhafte Möglichkeit durch eine zentrale Anordnung der Steuerung und Stromversorgung Kosten zu sparen. 15 and 16 These pictures show analogous to the 13 and 14 possible Arrangements of LEDs using more LED colors according to the 8th to 10 , So the same remarks apply as in the 13 and 14 , Compared to these figures it becomes clear that such a light source becomes more complex, because logically much more LEDs are needed. Not shown in a drawing is a possible distributed arrangement of the LEDs, for example, to diffuse a room diffusely. At the same time, the different colors can be accommodated at different locations, and nevertheless, for an observer, the impression of a homogeneous daylight illumination is conveyed, provided that the individual colors are well distributed. Only the ratio of the performance of the individual colors with each other is maintained in this embodiment. This arrangement offers, especially for large rooms, the advantageous possibility of saving costs by means of a central arrangement of the control and power supply.

15 In Ergänzung zur 11 zeigt diese Fig. eine mögliche Anordnung der LED- Farben entsprechend dem dazugehörigen Leistungsbedarf bei Verwendung von mehr LED- Farben entsprechend der 8 bis 10. Hier werden also 10 weiße LED's (106) und 11 weiße LED's (107), sowie je 3 blaue LED's (108) und (109), 2 grünblaue LED's (110) und je 1 grüne (111), gelbe (112), orangene (113) und rote LED (114). Außerdem werden 7 UV-LED's (115) und 8 UV- LED's (116) also insgesamt 48 LED's eingesetzt. 15 In addition to 11 this Fig. shows a possible arrangement of the LED colors according to the associated power consumption when using more LED colors according to the 8th to 10 , So here are 10 white LEDs ( 106 ) and 11 white LEDs ( 107 ), as well as 3 blue LEDs ( 108 ) and ( 109 ), 2 green blue LEDs ( 110 ) and 1 green one each ( 111 ), yellow ( 112 ), orange ( 113 ) and red LED ( 114 ). In addition, 7 UV LEDs ( 115 ) and 8 UV LEDs ( 116 ) So a total of 48 LEDs used.

16 In Ergänzung zur 12 zeigt diese Fig. eine mögliche Anordnung der LED- Farben entsprechend dem dazugehörigen Leistungsbedarf, wenn die Leistung gegen Morgen und gegen Abend reduziert wird. Die einzelnen LED's sind als Kreise dargestellt. Die darauf befindliche Nummer mit der Erweiterung „a" gibt analog 11 die jeweilige LED- Farbe an. Man sieht, dass gegenüber 15 die Anzahl der LED's leicht differieren. Es werden also 9 weiße LED's (106a), 12 weiße LED's (107a), 2 blaue LED's (108a), je 3 blaue LED's (109a) und blaugrüne LED's (110a), je 1 grüne (111a), gelbe (112a), orangene (113a) und rote LED (114a) benötigt. Dazu kommen die gleiche Anzahl UV- LED's, wie in 15. 16 In addition to 12 this figure shows a possible arrangement of the LED colors according to the corresponding power requirement when the power is reduced towards morning and towards evening. The individual LEDs are shown as circles. The number thereon with the extension "a" is analog 11 the respective LED color. You can see that opposite 15 the number of LEDs slightly differ. So there are 9 white LEDs ( 106a ), 12 white LEDs ( 107a ), 2 blue LEDs ( 108a ), 3 blue LEDs each ( 109a ) and blue-green LEDs ( 110a ), 1 green one each ( 111 ), yellow ( 112a ), orange ( 113a ) and red LED ( 114a ) needed. There are also the same number of UV LEDs as in 15 ,

17 Diese Fig. zeigt eine 1. mögliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Lichtquelle. Hier werden LED's entsprechend einer der 13–15 eingesetzt, die einen begrenzten Abstrahlwinkel haben. Sie sind auf einem LED- Träger (23) untergebracht, der gut wärmeleitend in einem Gehäuse (20) untergebracht ist. Je nach Leistung kann es nötig sein dieses Gehäuse zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung mit nicht dargestellten Kühlrippen zu versehen oder den LED- Träger über einen nicht dargestellten Kühlkörper mit dem Gehäuse (20) zu verbinden. Die Wandlung (21) des Gehäuses sind so geformt, dass der Strahlengang (24) der LED's sicher eingeschlossen ist. Das Gehäuse (20) ist am Austritt des Strahlenganges mit einer Diffusorscheibe (22) versehen, die einen erfahrungsgemäß gut in den Farben gemischten diffusen Strahlengang (25) erzeugt. 17 This figure shows a first possible embodiment of the light source according to the invention. Here are LEDs according to one of the 13 - 15 used, which have a limited angle of radiation. They are on an LED carrier ( 23 ), which conducts heat well in a housing ( 20 ) is housed. Depending on the power, it may be necessary to provide this housing to increase the heat radiation with cooling fins, not shown, or the LED support via a heat sink, not shown, with the housing ( 20 ) connect to. The transformation ( 21 ) of the housing are shaped so that the beam path ( 24 ) of the LEDs is safely enclosed. The housing ( 20 ) is at the exit of the beam path with a diffuser disc ( 22 ), which experience shows a good mixed in the colors diffuse beam path ( 25 ) generated.

18 Diese Fig. zeigt eine 2. mögliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Lichtquelle. Allerdings werden hier LED's verwendet, die als Lambertsche Strahler ausgebildet sind. Die Anordnung des LED'- Trägers (23') mit der Kühlung ist analog 17. Bei dieser Art LED's ist eine Anordnung nach einer der 13–16 für eine gute Farbmischung nicht zwingend erforderlich aber auf jeden Fall empfehlenswert. Hier sind die Wandungen (21') des Gehäuses (20') innen verspiegelt, so dass der breit abgestrahlte Strahlengang (24') der LED's in Richtung Gehäuseöffnung abgelenkt wird. Vorzugsweise sind in diesem Fall die Wandungen (21') parabolisch geformt. Die Gehäuseöffnung ist durch eine transparente Platte (22') abgedeckt. Bis auf geringe Brechungseffekte entspricht der abgestrahlte Strahlengang (25') dem Winkel, der durch die Direktabstrahlung der entgegengesetzt äußeren LED zum Gehäuserand festgesetzt wird. Wenn die Platte (22') jedoch als Linse oder Fresnellinse oder in einer besonders vorteilhaften Ausführung als holographische Linse ausgebildet ist, ist eine weitere Fokussierung auf ein kleineres Leuchtfeld des Strahlengangs (25') möglich. 18 This figure shows a 2nd possible embodiment of the light source according to the invention. However, here LED's are used, which are designed as Lambertian radiator. The arrangement of the LED'-carrier ( 23 ' ) with the cooling is analog 17 , In this type of LED's is an arrangement according to one of 13 - 16 for a good color mixing not absolutely necessary but definitely recommendable. Here are the walls ( 21 ' ) of the housing ( 20 ' ) inside mirrored, so that the wide-radiated beam path ( 24 ' ) of the LED's is deflected towards the housing opening. Preferably, in this case, the walls ( 21 ' ) parabolic. The housing opening is through a transparent plate ( 22 ' ). Except for low refraction effects corresponds to the radiated beam path ( 25 ' ) the angle set by the direct emission of the opposite outer LED to the edge of the case. When the plate ( 22 ' ) is designed as a lens or Fresnel lens or in a particularly advantageous embodiment as a holographic lens, a further focus on a smaller light field of the beam path ( 25 ' ) possible.

19 und 20 Diese beiden Abbildungen sind ergänzend eingefügt, obwohl sie an sich bekannte mögliche elektronische Schaltungen zur Ansteuerung und Regelung der einzelnen LED's zeigen. Die in beiden Abbildungen aufgeführten Mikrokontroller dienen der Umsetzung von Befehlen. Diese können als Programm im Mikrokontroller selbst vorhanden sein, es können jedoch auch von außen Befehle eingegeben werden, entweder über Programme, manuell über Schalter und/oder Regler oder durch Sensoren, deren Ergebnisse der Mikrokontroller auswertet und in Steuersignale für die jeweils zu regelnde LED oder LED- Gruppe gleicher Farbe umsetzt. Wegen der Vielfalt der Möglichkeiten wurde auf die Darstellung der Eingabegeräte in diesen Abbildungen verzichtet. 19 and 20 These two figures are inserted in addition, although they show known per se possible electronic circuits for controlling and regulating the individual LEDs. The microcontrollers listed in both illustrations are used to implement commands. These can be present as a program in the microcontroller itself, but it can also be entered from outside commands, either programs, manually via switches and / or controller or sensors, the results of the microcontroller evaluates and control signals for each to be controlled LED or LED group of the same color converts. Due to the variety of possibilities, the presentation of the input devices in these figures has been omitted.

19 Diese Fig. zeigt eine an sich bekannte analoge Ansteuerung. Mit (50) ist der Netzanschluss bezeichnet, (51) zeigt ein Netzteil, das eine oder mehrere in der Spannung unterschiedliche Gleichspannungen zur Ansteuerung unterschiedlicher LED's erzeugt. In diesem Fall wird nur eine LED angesteuert. Die positive Spannung ist mit (52) gekennzeichnet, die negative mit (53). (54) zeigt einen Mikrokontroller, der digital verarbeitete nicht dargestellte Eingabesignale über einen Digital- Analog- Konverter (55) in ein analoges Steuersignal (56) umwandelt, das wiederum einen Operationsverstärker (57) ansteuert, welcher die Helligkeit der LED (58) durch eine Strombegrenzung regelt. (59) zeigt einen geeignet dimensionierten Shunt- Widerstand. 19 This figure shows a known analog control. With ( 50 ) is the network connection, ( 51 ) shows a power supply that generates one or more voltage differences in the DC voltage for driving different LED's. In this case, only one LED is activated. The positive voltage is with ( 52 ), the negative with ( 53 ). ( 54 ) shows a microcontroller, the digitally processed input signals not shown via a digital-analogue Converter ( 55 ) into an analog control signal ( 56 ), which in turn converts an operational amplifier ( 57 ), which controls the brightness of the LED ( 58 ) regulated by a current limit. ( 59 ) shows a suitably sized shunt resistor.

20 Diese Fig. zeigt eine an sich bekannte digitale Ansteuerung. Netzanschluss, Netzteil und positive und negative Gleichspannung sind wie in 19 gekennzeichnet. Mit (54') ist wieder ein Mikrokontroller bezeichnet, der über einen Digitalport (55') ein der nicht dargestellten Eingabe entsprechendes hochfrequentes digitales Steuersignal liefert und damit einen Stromregler (60') ansteuert, der im wesentlichen aus einem Vorwiderstand (61') einem Transistor (62'), der als Schalter dient und einem Transistor (63'), der als Stromregler dient, besteht. Mit (58) ist wieder die LED bezeichnet und mit (59') der Shunt- Widerstand. 20 This figure shows a known per se digital control. Power supply, power supply and positive and negative DC are as in 19 characterized. With ( 54 ' ) again a microcontroller is called, which via a digital port ( 55 ' ) provides a high-frequency digital control signal corresponding to the input, not shown, and thus a current regulator ( 60 ' ), which essentially consists of a series resistor ( 61 ' ) a transistor ( 62 ' ), which serves as a switch and a transistor ( 63 ' ), which serves as a current regulator exists. With ( 58 ) again the LED is labeled and with ( 59 ' ) the shunt resistor.

Claims

Light source for Daylight using light-emitting diodes (LED's) as groups of LED's same Performance or single LED's different adjusted performance, which is both in the claims as LED is designated, which is adjustable in the color temperature, characterized in that at least one white light of a particular Color temperature emitting LED with at least 2 different colored light emitting LEDs be combined.

Light source according to claim 1, characterized by that several white Light of different color temperature emitting LEDs with different colored light emitting LEDs be used.

Light source according to claim 1 and 2, characterized in addition to that to the light colors in the visible wavelength range also LEDs in the ultraviolet Range with wavelengths from 360-385 nm be used.

Light source according to claim 1, characterized by that for the differently colored light emitting LED's preferably the Basic colors red, green and blue are used.

Light source according to claim 4, characterized by that except the colors red, green and blue also other colors in the visible wavelength range be used.

Light source according to claim 1, characterized by that every single LED color is independent of the other colors can be adjusted individually and / or regulated.

Light source according to the preceding claims, characterized in that the LED's with a uniform regulated DC voltage to be operated

Light source according to claims 1-5, characterized by that the groups of each color or the resulting Performance of each color and the choice of colors is tuned that the natural Spectral course of daylight can be approximated as best as possible.

Light source according to claim 8, characterized by that the groups of each color or the resulting Performance of each color and the choice of colors is tuned that according to the time of day variable spectral course of the Daylight best possible approximated can be.

Light source according to claim 8-9, characterized by that it allows the regulation of the light source according to the invention, the spectral course of the natural Daylight in real time or for certain applications in shortened Time or manually to follow through switch or regulator.

Light source according to claim 1,2,4 and 5, characterized in that by change the performance of individual LED colors a certain color temperature or a certain standard light quality can be adjusted.

Light source according to claim 11, characterized in that that through the use of appropriate sensors, logic and software, which can capture the current spectral course of the light source, a predetermined color temperature or a predetermined standard light quality automatically can be adjusted or readjusted.

Light source according to one or more of claims 1-5, characterized in that according to some previous pictures the individual colored LEDs together in a housing are arranged so that in terms of light color a very good homogeneous light distribution is achieved.

Light source according to claim 11, characterized in that that the individual colored LED's in a larger room in different places with regard to selection of the respective Beam angle, distribution and power ratio are arranged so that at the site of one or more observers a homogeneous daylight-like Spectrum is achieved.