DE102008025864A1 - LED module for general lighting - Google Patents
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Abstract
LED-Modul für die Allgemeinbeleuchtung zur Erzeugung von weißem Licht hoher Qualität und guter Farbwertwiedergabe, bestehend aus mindestens zwei Lumineszenz-Konversions-LED. Die additive Mischung der verschiedenen Lichtfarben erzeugt einen Weißpunkt, der möglichst genau auf der Planck'schen Kurve liegt. Zur Anregung werden vorteilhaft nur LEDs einer Sorte verwendet, bevorzugt blaue LEDs. Die Intensität der einzelnen Lichtfarben ist durch eine getrennte Ansteuerung einstellbar, dabei liegt mindestens ein Farbort oberhalb der Planck'schen Kurve und mindestens ein Farbort unterhalb der Plank'schen Kurve.LED module for general lighting for producing high quality white light and good color rendering, consisting of at least two luminescence conversion LEDs. The additive mixture of different light colors creates a white point that is as close as possible to the Planckian curve. For excitation only LEDs of one kind are advantageously used, preferably blue LEDs. The intensity of the individual light colors can be adjusted by a separate control, at least one color locus lying above the Planckian curve and at least one color locus below the Plank curve.
Description
Das
CIE-Normvalenzsystem oder CIE-Normfarbsystem ist die Definition
der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE – Commission
internationale de l'eclairage), Farben beruhend auf dem menschlichen Farbwahrnehmungsapparat
darzustellen. Diese Darstellung erlaubt es einen Farbort mit 2 Koordinaten
darzustellen
Die CIE Normfarbtafel.The CIE standard color chart.
Die
in der Grafik
Um den vom Betrachter wahrgenommenen dreidimensionalen Farbraum übersichtlicher (nach Farbart) darstellen zu können, wurde die zweidimensionale CIE Normfarbtafel entwickelt. Dabei wird die dritte Komponente z für jeden Punkt der Farbtafel rechnerisch aus den beiden anderen durch die Beziehung x + y + z = 1 ermittelt. Die hufeisenförmige, auch schuhsohlenförmige Fläche möglicher Farben ist bei der CIE Normfarbtafel auf einem Koordinatensystem aufgetragen, auf dem x- und y-Anteil (der CIE-genormten theoretischen Grundfarben X (rot), Y (grün) und Z (blau), siehe CIE XYZ-Farbraum) einer beliebigen Farbe P direkt abgelesen werden können. Durch die Grundbedingung x + y + z = 1 lässt sich der z-Anteil jeweils rechnerisch (z = 1 – x – y) ermitteln. Die Gesamtheit möglicher Farben (ohne Beachtung der Hell-Dunkel-Varianten) werden durch die das Hufeisen umgrenzende Spektralfarblinie (spektral reine Farben) sowie die untere Purpurlinie eingefasst.Around the perceived by the viewer three-dimensional color space (according to color), was the two-dimensional CIE standard color chart developed. In this case, the third component z for each point of the color chart mathematically from the two other determined by the relationship x + y + z = 1. The horseshoe-shaped, also shoe sole-shaped surface possible Colors are on a coordinate system in the CIE standard color chart applied on the x and y component (of the CIE standardized theoretical basic colors X (red), Y (green) and Z (blue), see CIE XYZ color space) any color P can be read directly. By the basic condition x + y + z = 1 the z-part can be determined each calculated (z = 1 - x - y) determine. The totality of possible colors (without consideration of the light-dark variants) are defined by the horseshoe bounding spectral color line (spectral pure colors) and the lower purple line bordered.
Zentraler
Bezugspunkt der Tafel ist der in jeder Farbmesssituation wesentliche
Weißpunkt W. Der im Diagramm mit W gekennzeichnete Punkt
ist dabei derjenige theoretische Weißpunkt, der alle drei
Farben zu je 1/3 (x, y und z = 0,333...) enthält. Je nach
Beleuchtungssituation kann sich der Weißpunkt allerdings
praktisch überall innerhalb des Hufeisens befinden, technisch
von Bedeutung ist jedoch nur die Black-Body Kurve (Planck'sche Kurve
DEFINITIONENDEFINITIONS
Standardfarbtemperaturen:Standard color temperatures:
Standardisierte
Farben mit folgenden korrelierten Farbtemperaturen können
mit x, y-Koordinaten wie folgt dargestellt werden:
Phosphore:phosphors:
Darunter versteht man – im Zusammenhang mit LEDs – allgemein Leuchtstoffe (Luminophore), die die Strahlung einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und Strahlung in einer anderen Wellenlänge aussenden (emittieren). Die emittierte Strahlung hat in der Regel eine größere Wellenlänge. Die Anregung des Phosphors erfolgt dabei im UV Bereich oder auch im sichtbaren Bereich, erhältliche Phosphore werden meist in weiten Wellenlängenbereichen angeregt, man spricht von Anregungsspektren. Auch die Emission erfolgt nicht bei einer Wellenlänge, sondern auch über einen bestimmten Wellenlängenbereich. So werden zur Charakterisierung der Phosphore immer mehrere Kenngrößen angegeben, wie Peak-Wellenlänge, dominante Wellenlänge, Halbwertsbreite (Bereich in nm bei einer Intensität von 50% des Maximums) oder Farbort in der CIE Normfarbtafel. Die Emissionswellenlänge bestimmt die Farbe des ausgesendeten Lichtes. Die Quantenausbeute gibt an, welche Anteile der absorbierten Strahlung wieder emittiert werden.This is understood - in connection with LEDs - generally phosphors (luminophores), which absorb the radiation of a certain wavelength and emit radiation in a different wavelength (emit). The emitted radiation usually has a larger wavelength. The excitation of the phosphor is carried out in the UV range or in the visible range, available phosphors are usually excited in wide wavelength ranges, one speaks of excitation spectra. The issue does not take place at ei ner wavelength, but also over a certain wavelength range. Thus, to characterize the phosphors always several characteristics are given, such as peak wavelength, dominant wavelength, half width (range in nm at an intensity of 50% of the maximum) or color location in the CIE standard color chart. The emission wavelength determines the color of the emitted light. The quantum yield indicates which portions of the absorbed radiation are emitted again.
Für
die Erzeugung von weißem Licht mit LEDs sind vor allem
solche Typen von Interesse, die eine primäre Strahlung
mit einer dominanten Wellenlänge von ca. 460 nm absorbieren
und Licht im Wellenlängenbereich von 500 bis 650 nm Peakwellenlänge
emittieren. Derartige Lösungen sind in einer großen
Anzahl von Patenten beschrieben, beispielhaft wird hier auf die
Patente
Beispielhaft
sind in der folgenden Tabelle Phosphore dargestellt:
Gruppe B:Group B:
Gruppe B ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 430 nm–480 nm.group B is one or more light emitting diodes with one dominant Wavelength in the value range between 430 nm-480 nm.
Ebenso kann Gruppe B durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 430–480 nm gebildet werden.As well can group B through several light emitting diodes with different dominant Wavelengths between 430-480 nm are formed.
Gruppe G:Group G:
Gruppe G ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 500 nm–570 nm.group G is one or more light emitting diodes with one dominant Wavelength in the value range between 500 nm-570 nm.
Ebenso kann Gruppe G durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 500–570 nm gebildet werden.As well can group G through several light emitting diodes with different dominant Wavelengths between 500-570 nm are formed.
Gruppe R:Group R:
Gruppe R ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 571 nm–650 nm.group R is one or more light emitting diodes with a dominant one Wavelength in the value range between 571 nm-650 nm.
Ebenso kann Gruppe R durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 571–650 nm gebildet werden.As well can group R through several light emitting diodes with different dominant Wavelengths in the range between 571-650 nm are formed.
Gruppe P:Group P:
Gruppe P ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden wobei Leuchtdioden der Gruppe B Phosphore anregen. Die Emissionsfarbe (Farbort im CIE Farbdiagramm) wird durch die Art des Phosphors und die Menge des Phosphors bestimmt. LEDs der Gruppe P werden auch mit den Begriffen Phosphor LED und Lumineszenz-Konversions-LED bezeichnet.group P is a light emitting diode or a plurality of light emitting diodes wherein light emitting diodes of group B stimulate phosphors. The emission color (color location in the CIE Color chart) is determined by the type of phosphorus and the amount of Determined phosphorus. Group P LEDs are also used with the terms Phosphor LED and Luminescence Conversion LED called.
Primäre LED:Primary LED:
LEDs der Gruppen B, G und R werden auch als primäre LEDs bezeichnet, weil die Emission direkt genutzt wird.LEDs Groups B, G and R are also referred to as primary LEDs, because the issue is used directly.
Sekundäre LED:Secondary LED:
LEDs der Gruppe P werden auch als sekundäre LEDs bezeichnet weil die Emission der LED (Primärstrahlung) von einem Phosphor absorbiert wird und in einem anderen Wellenlängenbereich emittiert wird (Sekundärstrahlung).LEDs Group P are also referred to as secondary LEDs because the emission of the LED (primary radiation) from a phosphor is absorbed and in a different wavelength range is emitted (secondary radiation).
Weißes Licht:White light:
Farborte auf oder in der Nähe der Plank'schen Kurve sind weißes Licht. Die Planck'sche Kurve beschreibt die von einem schwarzen Körper abgegebene Temperaturstrahlung, angegeben als Reihe von Farborten in der CIE-Normfarbtafel. Diese Farben werden vom menschlichen Betrachter als weiß empfunden. Der maximale Abstand von der Plank'schen Kurve, der noch als weiß empfunden wird, ist hier mit Mac Adams 10 begrenzt (übliche Angabe von Toleranzfeldern für Lichtquellen, je kleiner die Zahl nach Mac Adams, desto kleiner ist das Toleranzfeld).chromaticity on or near the Plank curve are white Light. The Planckian curve describes that of a black one Body emitted temperature radiation, indicated as a series of color locations in the CIE standard color chart. These colors are from the human observer perceived as white. The maximum Distance from the Plank curve, which is still perceived as white is limited here with Mac Adams 10 (usual indication of tolerance fields for light sources, the smaller the number according to Mac Adams, the smaller the tolerance field).
Einleitung:Introduction:
Meist stehen bei Leuchtmitteln und deren Entwicklung technische Kenngrößen und Details im Vordergrund. Es wird versucht, messbare Größen wie Helligkeit, Effizienz, Farbwertwiedergabe und andere Werte zu optimieren. Die Bedürfnisse der Nutzer und deren subjektive Empfindungen werden, zumindest in der Entwicklung der Leuchtmittel, wenig berücksichtigt. Diese Aspekte werden meist erst in der Konstruktion und Auslegung der Leuchten, also sehr viel später, berücksichtigt. Die Möglichkeiten des Leuchtendesigners beschränken sich aber im Wesentlichen auf die Auswahl des Leuchtmittels und den Einsatz von Optikkomponenten und Filter.Most of time stand with light sources and their development technical characteristics and details in the foreground. It tries to measurable sizes like brightness, efficiency, color rendering and other values to optimize. The needs of users and their subjective feelings are considered, at least in the development of lighting, little consideration. These aspects are usually only in the construction and interpretation the lights, so much later considered. Limit the possibilities of the lighting designer but essentially on the selection of the light source and the use of optical components and filters.
Im Betrieb kann der Nutzer im günstigen Fall die Helligkeit des Leuchtmittels entsprechend seiner Bedürfnisse einstellen. Glühlampen sind mit handelsüblichen Dimmeinrichtungen einfach in weiten Bereichen der Helligkeit regelbar. Energiesparlampen sind meist nicht in der Intensität regelbar. Die Möglichkeit, die korrelierte Farbtemperatur zu regeln, bietet weder die Glühlampe noch die Halogenlampe noch die Energiesparlampe.in the Operation, the user can in the favorable case, the brightness of the bulb according to its needs. Incandescent lamps are available with standard dimming devices easily adjustable in wide ranges of brightness. Energy saving lamps are usually not adjustable in intensity. The possibility, to regulate the correlated color temperature, neither the bulb provides nor the halogen lamp nor the energy-saving lamp.
LED Module können, wie die weiter unten beschriebenen, erfindungsgemäßen LED Module, so ausgeführt sein, dass der Nutzer die Farbtemperatur in weiten Bereichen einstellen kann. Dies wird durch die getrennte Ansteuerung verschiedener Emissionsfarben erreicht. Im Vergleich zu einer Filtertechnologie werden hierbei größere Einbußen der Effizienz vermieden.LED Modules may, as those described below, inventive LED modules, be designed so that the user's color temperature can adjust in a wide range. This is separated by the Control of different emission colors achieved. Compared to a filter technology here are larger Loss of efficiency avoided.
Für den Einsatz als Leuchtmittel für die Allgemeinbeleuchtung muss die Emissionsfarbe dem Planck'schen Strahlungsgesetz für einen Temperaturstrahler möglichst nahe kommen. Denn nur Farben entlang der Planck'schen Kurve werden vom menschlichen Betrachter als weiß empfunden.For the use as a light source for general lighting the emission color must comply with Planck's radiation law for to come as close as possible to a temperature radiator. Because only Colors along the Planckian curve are taken by the human viewer perceived as white.
Im erfindungsgemäßen Modul werden die einzelnen Emissionsfarben durch die Emission geeigneter Phosphore erreicht, die Anregung erfolgt für alle eingesetzten Emissionsfarben mit blauen LEDs. Dies ermöglicht Vorteile, die durch die additive Mischung der Emission von roten, grünen und blauen LEDs nicht erreicht werden können.in the module according to the invention are the individual emission colors achieved by the emission of suitable phosphors, the excitation takes place for all used emission colors with blue LEDs. This allows advantages due to the additive mixture the emission of red, green and blue LEDs can not be achieved can.
Stand der Technik:State of the art:
Weißes LED Licht kann durch die additive Mischung der drei Farben Rot, Grün und Blau erzeugt werden (im Folgenden als RGB Lösung bezeichnet). RGB LED-Lösungen zeichnen sich durch geringe Farbwiedergabe aus. Eine Verbesserung der Farbwiedergabe ist möglich, wenn mehr als die drei Grundfarben gemischt werden (z. B.: RGBA). Mit diesen Ausführungsformen können alle Punkte des durch die LEDs aufgespannten Farbraums und somit alle Farborte des darin eingeschlossenen Abschnittes der Planck'schen Kurve eingestellt werden. Um eine stabile Emission zu erhalten ist ein großer Regel- bzw. Steueraufwand notwendig, begründet durch die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten der jeweiligen LEDs und das unterschiedliche Degradationsverhalten der LEDs über die Betriebsstunden.white LED light can be red by the additive mixture of three colors, Green and blue are generated (hereinafter referred to as RGB solution designated). RGB LED solutions are characterized by low Color rendering off. An improvement of the color reproduction is possible if more than the three basic colors are mixed (eg: RGBA). With these embodiments, all points of the color space spanned by the LEDs and thus all color loci of the included section of the Planckian curve become. To get a stable emission is a big one Control or tax expense necessary, justified by the different temperature coefficients of the respective LEDs and the different degradation behavior of the LEDs over the operating hours.
In der Phosphorkonversions-Technologie (im Folgenden als Phosphor LED bezeichnet bzw. LEDs der Gruppe P) wird ein Teil des primären blauen Lichtes von einem Konversionsleuchtstoff aufgenommen und als Licht in einem höheren Wellelängenbereich wieder emittiert. Bei der richtigen Mischung von blauen LEDs mit Phosphoren kann weißes Licht erzeugt werden. Die breitere Emission der Phosphore erzeugt ein kontinuierlicheres Spektrum – die Farbwiedergabe ist höher als bei RGB Lösungen.In phosphor conversion technology (hereinafter referred to as phosphor LED or LEDs of the group P) becomes part of the primary blue light from a conversion luminescent material and as light in a higher wavelength range re-emitted. With the right mix of blue LEDs with phosphors White light can be generated. The broader issue The phosphors produce a more continuous spectrum - the Color rendering is higher than with RGB solutions.
Die einfachste Ausführungsform der Phosphor LED ist eine blaue LED und die Mischung unterschiedlicher Phosphore. Damit kann ein Farbort auf der Planck'schen Kurve eingestellt werden (LEDs der Gruppe P).The The simplest embodiment of the phosphor LED is a blue one LED and the mixture of different phosphors. This can be a Color location can be set on the Planck curve (LEDs of Group P).
Mit
dem Gegenstand der
Auch mit LEDs der Gruppe P können Module mit veränderlicher Farbtemperatur aufgebaut werden. Eine bekannte Ausführungsform besteht aus einer 2700 K und einer 6500 K LED der Gruppe P. Damit können durch die Mischung verschiedener Anteile der jeweiligen LEDs unterschiedliche Farbtemperaturen eingestellt werden. Der größte Nachteil dieser Konstruktion ist, dass die Farborte nicht auf der Planck'schen Kurve liegen, da die Nicht-Linearität der Plank'schen Kurve nicht durch 2 Punkte abgebildet werden kann. Die Abweichungen der Farborte von der Planck'schen Kurve können so groß sein, dass dies für den menschlichen Betrachter kein weißes Licht mehr ist.Also with group P LEDs modules can be changed Color temperature can be built. A known embodiment consists of a 2700 K and a 6500 K LED group P. Thus can by mixing different proportions of each LEDs are set to different color temperatures. The biggest Disadvantage of this construction is that the color places are not on the Planck's curve, because the non-linearity of the Plank's curve can not be mapped by 2 points. The Deviations of the color locations from the Planckian curve can be so great that this is for the human viewer there is no white light anymore.
Die Hybridtechnologie versucht die Vorteile der Phosphor LEDs mit der RGB Technik zu verbinden. In einer bekannten Ausführung wird eine 6500 K Phosphor LED mit ROB kombiniert. Die Farbwiedergabe des Lichtes und auch die Effizienz sind gut, die Lichtfarbe kann im Bereich von 2800 K bis 6500 K variiert werden. Die Konstruktion ist allerdings komplex, eine komplexe Steuerung, Regelung ist erforderlich.The Hybrid technology tries the advantages of phosphor LEDs with the RGB technology to connect. In a known version a 6500 K phosphor LED is combined with ROB. The color reproduction the light and the efficiency are good, the light color can be varied in the range of 2800 K to 6500 K. The construction However, complex, complex control, regulation is required.
Die Kombination von 3200 K Phosphor LED und grünen und blauen LEDs (GB) ist auch bekannt. Es wird dynamisches Licht mit hoher Farbwiedergabe im Bereich 3200 K bis 6500 K erzielt, die Effizienz ist im Vergleich zur vorigen Lösung geringer (aber auch bei geringerer Komplexität).The Combination of 3200 K phosphor LED and green and blue LEDs (GB) is also known. It gets high dynamic light Color rendering in the range of 3200 K to 6500 K achieved the efficiency is lower compared to the previous solution (but also at lower complexity).
Die
in der deutschen Patentanmeldung
ERFINDUNGINVENTION
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein weißes Licht sehr hoher Qualität mit LEDs zu erzeugen. Dies gelingt erfindungsgemäß durch die additive Mischung von mindestens zwei unterschiedlichen Phosphoremissionen.Of the The invention is therefore based on the object, a white To produce high quality light with LEDs. This succeeds according to the invention by the additive mixture of at least two different phosphorus emissions.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.Of the Subject of the present invention does not arise only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims among themselves.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die nachfolgend geschilderte technische Lehre gekennzeichnet.to Solution of the problem is the invention by the characterized in the following technical teaching.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All in the documents, including the abstract Information and features, in particular those shown in the drawings Spatial training, are claimed as essential to the invention, as far as they are individually or in combination with the stand new to the technology.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.in the Below, the invention will be described with reference to only one embodiment illustrative drawings explained in more detail. in this connection go from the drawings and their description further essential to the invention Features and advantages of the invention.
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
dem mittleren Teil der Farbabbildung ist die Planck'sche Kurve
Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist nun, unter Zuhilfenahme von mindestens zwei sekundären LEDs einen vorbestimmten Farbort auf der Planck'schen Kurve reproduzierbar mit geringen Toleranzen einstellen zu können.starting point The present invention is now, with the aid of at least two secondary LEDs have a predetermined color location on the Adjust Planck's curve reproducibly with small tolerances to be able to.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, die Farbtemperatur des emittierten Lichtes durch die additive Mischung von mindestens drei LEDs regeln zu können. Hierbei sind bevorzugt drei sekundäre LEDs vorhanden, in einer alternativen Ausführung können auch zwei sekundäre LEDs mit einer primären LED kombiniert werden.One second aspect of the present invention is the color temperature of the emitted light by the additive mixture of at least to be able to control three LEDs. Here are preferably three Secondary LEDs present, in an alternative embodiment can also have two secondary LEDs with one primary LED combined.
Das
erfindungsgemäße LED Modul basiert somit auf mindestens
2 sekundären LEDs der Gruppe P unterschiedlicher Emissionsfarben.
In
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist, dass man mit einer entsprechenden Ansteuerelektronik für die mindestens zwei angegebenen sekundären LED-Lichtquellen eine exakte Ansteuerung eines Farbortes erreicht, der genau auf der Planck'schen Kurve liegt. Dazu wird für jede sekundäre LED der Strom so eingestellt, dass die additive Mischung der einzelnen Intensitätsanteile reproduzierbar den gewünschten Farbort auf der CIE Normfarbtafel ergibt.Of the essential advantage of the invention is that with a corresponding Control electronics for the specified at least two secondary LED light sources an exact control of a Color locus, which lies exactly on the Planckian curve. For this purpose, the current is the same for every secondary LED set that additive mixture of the individual intensity components reproducibly the desired color location on the CIE standard color chart results.
Es muss daher – entgegen den Lösungen nach dem Stand der Technik – kein aufwendiges Sortieren der hergestellten LED's durchgeführt werden. Dieses Sortieren wird allgemein „Binning” genannt, die Gesamtzahl der produzierten LED's wird in unterschiedliche Farbtemperaturklassen aufgeteilt.It must therefore - contrary to the solutions according to the state the technique - no complicated sorting of the produced LED's are performed. This sorting is commonly called "binning", The total number of LEDs produced is in different color temperature classes divided up.
Ein Teil der Toleranzen entsprechend den Lösungen nach dem Stand der Technik beruht auf den produktionsbedingten Schwankungen der LED's der Gruppe B. Diese können zur Reduktion der Toleranzen auch in verschiedenen Klassen (Binning) eingekauft und eingesetzt werden. Ein weiterer Beitrag zur gesamten Toleranz wird durch die Streuung der aufgebrachten Menge an Phosphor verursacht.One Part of the tolerances according to the solutions after the The prior art is based on the production-related fluctuations the LEDs of group B. These can be used to reduce the Tolerances also in different classes (Binning) shopped and be used. Another contribution to the overall tolerance will be caused by the scattering of the applied amount of phosphorus.
Das erfindungsgemäße LED Modul bietet entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Die verbauten LEDs müssen nicht in Klassen sortiert werden, der aufwendige Sortierprozess kann entfallen. Die Anforderungen an die Prozesse in der Aufbringung der Phosphore sind nicht so streng. Zudem kann die Ausbeute erhöht werden, weil durch die abschließende, elektronische Justierung des Farbortes der Ausschuss bedingt durch Abweichungen des Farbortes vermieden werden kann.The LED module according to the invention offers decisive Advantages over the prior art. The built LEDs do not have to be sorted into classes that are elaborate Sorting process can be omitted. The requirements for the processes in the application of phosphors are not so strict. In addition, can the yield will be increased because by the final, electronic adjustment of the color location of the reject caused by Deviations of the color location can be avoided.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden jedoch nicht nur zwei Farborte definiert, sondern drei Farborte. Dadurch wird es möglich, dass alle Emissionsfarben innerhalb des Dreieckes der drei Farborte in der CIE Normfarbtafel eingestellt werden können. Diese Ausführungsform wird für eine LED Weißlichtquelle mit einstellbarer Farbtemperatur an Hand von mehrerer Abbildungen im folgenden genauer beschrieben.In However, a development of the invention not only two color locations but three color loci. This will make it possible that all emission colors within the triangle of the three color locations in the CIE standard color chart. These Embodiment is for an LED white light source with adjustable color temperature on the basis of several pictures described in more detail below.
Um
mehrere Punkte auf der Planck'schen Kurve (nicht linear) einstellen
zu können werden mindestens drei Emissionsfarben benötigt,
die ein Dreieck über einen bestimmten Abschnitt der Planck'schen
Kurve aufspannen. In der
In
der
In
der
Bei
In
Das
dargestellte Spektrum stellt einen Farbort in der CIE Normfarbtafel
dar, der genau auf der Planck'schen Kurve liegt. Im gezeigten Beispiel
wird eine Farbtemperatur von 4200 K erreicht. Dies bedeutet, dass über
die elektronische Ansteuerung vorbestimmte Intensitätsanteile
aus den
Bezogen auf den Verlauf der Planck'schen Kurve liegen zwei Farborte der Gruppe P über der Planck'schen Kurve und ein Farbort der Gruppe P unter der Planck'schen Kurve. Durch Addition entsprechender Intensitätsanteile kann jeder Punkt auf der Planck'schen Kurve innerhalb des aufgespannten Dreieckes eingestellt werden. Bezogen auf weißes Licht, können im gezeigten Beispiel alle korrelierten Farbtemperaturen zwischen 6500 K und 3000 K eingestellt werden.Based on the course of Planck 's curve are two color locations of Group P above the Planckian curve and a color locus of the Group P under the Planckian curve. By adding appropriate Intensity shares can be any point on the Planck's Curve can be set within the spanned triangle. Based on white light, can be shown in the Example all correlated color temperatures between 6500 K and 3000 K can be set.
Wie
aus der
Dieses, in erster Näherung fast kontinuierliche Spektrum, ergibt eine sehr gute Farbwertwiedergabe und ein Ra von mehr als 90 im vorgesehenen Steuer- bzw. Regelbereich.This, in a first approximation almost continuous spectrum, yields a very good color rendering and a Ra of more than 90 in provided for.
Die in den Abbildungen gezeigten Spektren sind willkürliche Beispiele. Geeignet sind alle Kombinationen von drei Phosphoren im blaugrünen, gelben und roten Bereich, die ein genügend großes Dreieck im Farbraum ergeben, sodass auch ein hinreichend großer Regelbereich zum Treffen der Planck'schen Kurve und entlang der Planck'schen Kurve erhalten wird.The The spectra shown in the figures are arbitrary Examples. All combinations of three phosphors are suitable in the blue-green, yellow and red area, which is a sufficient large triangle in the color space result, so that a sufficient large control range for the meeting of Planck's curve and is obtained along Planck's curve.
Eine
weitere Ausführungsform ist in
In
der Ausführung nach
Ein dritter Farbort R1 ist durch eine LED der Gruppe R ergänzt. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Effizienz im warmweißen Bereich gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel verbessert ist. Unter dem Begriff „effizient” wird die fotometrische Effizienz verstanden, und zwar ausgedrückt in der Einheit Lumen/W. Nachteilig ist allerdings, dass in dieser Ausführungsform unterschiedliche Sorten von LEDs eingesetzt werden. Dadurch treten bei Temperaturänderungen auch Farbveränderungen auf, bei Bedarf müssen diese Abweichungen von der Planck'schen Kurve korrigiert werden.One third color locus R1 is supplemented by a group R LED. The advantage of this solution is that the efficiency in warm white Range over the previous embodiment is improved. The term "efficient" is used understood the photometric efficiency, and expressed in the unit Lumen / W. The disadvantage, however, is that in this Embodiment used different varieties of LEDs become. As a result, color changes also occur with temperature changes If necessary, these deviations from Planck's must Curve be corrected.
In
der
Der Farbort des Punktes P5 ergibt aus ebenfalls einer blauen LED + Phosphor und ebenso ergibt sich der Farbort P6 ebenso aus einer blauen LED + Phosphor.Of the Color point of the point P5 also results in a blue LED + phosphor and also the color location P6 also results from a blue LED + Phosphorus.
Der
Unterschied des Ausführungsbeispieles ist, dass damit nun
ein einziger Farbort P4 oberhalb der Planck'schen Kurve
Bei
den Farborten nach P5 und P6 werden hierfür rote Phosphore
verwendet, während beim Farbort nach P4 grüne
Phosphore verwendet werden. Dies ist ein Unterschied zu der
Werden
entsprechend
Eine
weitere Ausführungsform ist in
Die
Aufgrund des Austausches des Farbortes P4 gegen eine LED der Gruppe G (grün) ergibt sich eine verbesserte Sättigung im grüngelben Bereich des Farbspektrums.by virtue of the replacement of the color locus P4 with a group G LED (green) there is an improved saturation in the green-yellow Range of the color spectrum.
Die
Ein Farbort der Gruppe P (P7, gelb) liegt über der Planck'schen Kurve, ein weiterer Farbort der Gruppe P (P8, rot) liegt unter der Planck'schen Kurve. Die LEDs der Gruppe P sind kombiniert mit LEDs der Gruppe B.One Color locus of the group P (P7, yellow) lies above the Planckian Curve, another color location of the group P (P8, red) lies below the Planck's curve. The group P LEDs are combined with LEDs the group B.
Der Farbort P7 ergibt sich aus einer blauen LED mit einem gelben Phosphor, während der Farbort P8 sich aus einer blauen LED mit rotem Phosphor ergibt.Of the Color location P7 results from a blue LED with a yellow phosphor, while the color point P8 is made up of a blue LED with red Phosphorus results.
Schließlich ergibt sich der Farbort B1 aus einer blauen LED allein, die nicht mit Phosphor konvertiert ist.After all the color locus B1 results from a blue LED alone, which does not is converted with phosphorus.
Es wird damit ein größeres Dreieck aufgespannt, wobei vorteilhaft eine größere Farbsättigung im blauen Bereich erreicht wird und auch die Regelungsmöglichkeiten erweitert sind, weil der große Aufspannbereich des Dreiecks (Dreiecksfläche) die gesamte Planck'sche Kurve bis zum Farbort B1 einspannt und überstreicht.It thus a larger triangle is spanned, with advantageously a greater color saturation is achieved in the blue area and also the control options are extended because of the large clamping area of the triangle (Triangular area) the entire Planckian curve up to Color locus B1 clamps and sweeps over.
Eine
Alternative ergibt sich in der
Die Farborte P9 und P9' liegen eng beieinander und erlauben es, mit der additiven Mischung mit R1, LEDs der Gruppe R, eine Farbtemperatur zwischen 2700 K und 3500 K zu erzeugen. Der relativ geringe Unterschied der Farborte von P9 und P9' ist günstig für eine elektronische Einstellung des Modules auf eine fixe Farbtemperatur von 2700 K oder 3300 K, den Farbtemperaturen von Glühlampen und Halogenlampen. Die dynamische Regelung der Farbtemperatur ist in dieser Ausführung nicht vorgesehen.The Color loci P9 and P9 'are close together and allow, with the additive mixture with R1, LEDs of group R, a color temperature between 2700 K and 3500 K. The relatively small difference The color grades of P9 and P9 'are favorable for one electronic adjustment of the module to a fixed color temperature of 2700 K or 3300 K, the color temperatures of incandescent lamps and halogen lamps. The dynamic control of the color temperature is not provided in this embodiment.
Damit ergibt sich die Möglichkeit, ein Leuchtmittel mit einer Farbtemperatur zwischen 2700 K und 3300 K sehr effizient und kostengünstig herzustellen, weil man in der Produktion zur Herstellung der Farborte P9 und P9' in der einfachsten Variante den gleichen Phosphor einsetzen kann und nur die Menge des Phosphors zum Erhalt der Farborte P9 und P9' variiert wird, bei P9' ist die aufgebrachte Menge größer.In order to results in the possibility of a light bulb with a Color temperature between 2700 K and 3300 K very efficient and cost-effective because they are in production for the production of color grades P9 and P9 'in the simplest version use the same phosphor can and only the amount of phosphorus to obtain the color P9 and P9 'is varied, at P9' the amount applied is larger.
Selbstverständlich
gilt für alle in den vorher genannten Diagrammen angegebenen
Farborte, dass eine elektronische Ansteuerung der einzelnen LED
notwendig ist, um einen Punkt auf der Planck'schen Kurve
Wie bereits ausführlich dargelegt wurde, ermöglicht die elektronische Einstellung des Farbortes auch für diese Ausführungsform eine kostengünstige Herstellung. Es können alle LEDs der Gruppe B (Halbleiter) ohne kostenaufwändige Sortierung in verschiedene Wellenlängenklassen eingesetzt werden. Die Dosierung des Phosphors in der Herstellung muss nicht mit engsten Toleranzen durchgeführt werden. Zur exakten Einstellung des gewünschten Farbortes werden die Farborte P9, P9' und R1 vermessen.As has already been explained in detail the electronic adjustment of the color location also for this Embodiment of a low-cost production. It can all the LEDs of group B (semiconductor) without costly Sorting used in different wavelength classes become. The dosage of phosphorus in the production does not have to be carried out with the tightest tolerances. To the exact one Setting the desired color location will be the color locations Measure P9, P9 'and R1.
Basierend auf diesen Messwerten wird die elektrische Leistung für diese drei Klassen entsprechend eingestellt.Based on these measurements, the electrical power for set these three classes accordingly.
In
der
Das
Schaltbild nach
Diese Kombination erlaubt es zum heutigen Zeitpunkt eine Lichtausbeute von 700 Lumen zu erzeugen und dies entspricht der Lichtausbeute einer 60 Watt Glühlampe. Der Stromverbrauch liegt jedoch bei etwa 9 Watt.These Combination allows it at the present time a light output of 700 lumens and this corresponds to the light output a 60 watt light bulb. The power consumption is however at about 9 watts.
Hieraus ergeben sich die entscheidenden Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungen.From this result in the decisive advantages of the invention Versions.
Das Wesentliche bei der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass mindestens zwei sekundäre LEDs der Gruppe P mit unterschiedlichen Emissionsfarben verwendet werden. Zur Anregung der Phosphore werden mindestens zwei LEDs der Gruppe B eingesetzt.The Essential in the present invention is that at least two secondary LEDs of group P with different Emission colors are used. To stimulate the phosphors will be at least two group B LEDs are inserted.
Im Vergleich zu bekannten Lösungen werden damit Farbänderungen bedingt durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten der LEDs vermieden, weil nur eine einzige LED-Sorte eingesetzt wird, nämlich die LEDs der Gruppe B.in the Compared to known solutions are thus color changes due to different temperature coefficients of the LEDs avoided, because only a single type of LED is used, namely the LEDs of group B.
Dadurch werden auch Wellenlängenänderungen und auch Änderungen der Intensität von vorneherein vermieden, weil sich LEDs der Gruppe B anders verhalten als beispielsweise LEDs der Gruppe R.Thereby also become wavelength changes and also changes The intensity avoided from the outset because LEDs Group B behave differently than, for example, LEDs in the group R.
Bei einer Temperaturänderung fällt nämlich die Intensität einer blauen LED relativ flach im Bezug auf die Temperaturerhöhung ab, während die Intensität einer rotleuchtenden LED bezüglich einer fortschreitenden Temperatur stärker abfällt.at namely a temperature change falls the intensity of a blue LED relatively flat in relation on the temperature increase while the intensity a red glowing LED with respect to a progressing temperature falls more.
Wenn man diese beiden kombiniert, erzielt man aufgrund der unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten keinen temperaturstabilen Farbort auf der Planck'schen Kurve.If one combines these two, one achieves one due to the different ones Temperature coefficient no temperature stable color location on the Planck's curve.
Hier sind dann eigene Steuer- und Regelungsmechanismen erforderlich, um auch diesen Temperaturgang auszuschalten und stets einen stabilen Punkt auf der Planck'schen Kurve zu erzeugen.Here then own control and regulation mechanisms are required, to turn off this temperature response and always a stable Point on the Planckian curve.
Hier setzt die Erfindung ein, die vorsieht, bevorzugt LEDs mit dem gleichen Temperaturgang zu nutzen d. h. also LEDs der gleichen Gruppe die den gleichen Temperaturgang aufweisen und deshalb spielt eine Änderung der Intensität bei fortschreitender Temperatur keine Rolle, weil alle LEDs den gleichen Temperaturgang aufweisen. Es gibt deshalb keine Farbverschiebungen, d. h. die Farbe bleibt stabil und ändert sich nicht. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, welcher LEDs unterschiedlicher Gruppen einsetzt.Here employs the invention which provides LEDs preferably with the same Temperature gradient to use d. H. so LEDs of the same group the have the same temperature response and therefore plays a change the intensity as the temperature progresses does not matter, because all LEDs have the same temperature response. There is, therefore no color shifts, d. H. the color stays stable and changes not. This is a significant advantage over In the prior art, which uses LEDs of different groups.
Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass man mindestens zwei Farborte bestimmt und wobei mindestens ein Farbort oberhalb der Planck'schen Kurve und mindestens ein Farbort unterhalb der Planck'schen Kurve liegen, um so durch elektronische Regelungsmittel präzise einen Farbort auf der Planck'sche Kurve einstellen zu können. Die Einstellung dieses Punktes erfolgt durch die additive Mischung entsprechender Intensitätsanteile der mindestens zwei Farborte. Vorteilhaft wird nur eine Gruppe von LEDs eingesetzt, dadurch werden Farbverschiebungen bedingt durch unterschiedliches Temperaturverhalten verschiedener LEDs vermieden. Nimmt man mindestens drei Farborte, wobei das in der CIE Normfarbtafel aufgespannte Dreieck dieser Farborte zumindest einen Bereich der Planck'schen Kurve abdeckt, kann innerhalb dieses Dreieckes jeder Punkt, und somit auch jeder Punkt auf der Planck'schen Kurve innerhalb des Dreieckes, eingestellt werden.Of the So core of the present invention is that at least two color loci determined and where at least one color locus above the Planckian curve and at least one color point below the Planckian Curve so as to be precise by electronic control means to be able to set a color location on the Planckian curve. The adjustment of this point is made by the additive mixture of appropriate Intensity portions of the at least two color locations. Advantageous If only one group of LEDs is used, this causes color shifts due to different temperature behavior of different LEDs avoided. If one takes at least three color places, whereby in the CIE standard color chart spanned triangle of these color locations at least covers an area of the Planckian curve, can within this Triangle every point, and thus every point on the Planckian Curve within the triangle, to be set.
- 11
- Planck'sche KurvePlanck's Curve
- 22
- Position blauposition blue
- 33
- Position grünposition green
- 44
- Position rotposition red
- 55
- Positionposition
- 66
- Positionposition
- 77
- Positionposition
- 88th
- Positionposition
- 99
- Positionposition
- 1010
- Positionposition
- 1111
- Positionposition
- 1212
- Positionposition
- 1313
- Positionposition
- 1414
- Gruppegroup
- 1515
- Gruppegroup
- 1616
- Gruppegroup
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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