DE102010002570A1

DE102010002570A1 - Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung, Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102010002570A1
Application number: DE201010002570
Authority: DE
Inventors: Zoran 81477 Bosnjak; Harald 83533 Dellian
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-07-21

Abstract

Das Verfahren (S1–S4) dient zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung (1) und weist mindestens die folgenden Schritte auf: Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von mindestens einer Lichtquelle (3) emittierten Lichts (S1); Vergleichen der ausgemessenen Helligkeit und/oder des ausgemessenen Farborts mit einem zugehörigen Sollwert (S2); Auswählen mindestens eines optischen Elements (4) aus einer Gruppe von mehreren verschiedenen optischen Elementen (4) auf der Grundlage des Vergleichens (S3), wobei das Auswählen so durchgeführt wird, dass die Helligkeit und/oder der Farbort des von der ausgemessenen mindestens einen Lichtquelle (3) emittierten Lichts durch das mindestens eine ausgewählte optische Element (4) an mindestens einen Sollwert angenähert wird; und Anordnen des mindestens einen ausgewählten optischen Elements hinter der mindestens einen ausgemessenen Lichtquelle (S4). Die Vorrichtung (11) dient zum Durchführen des Verfahrens. Die Leuchtvorrichtung (1) ist mittels eines solchen Verfahrens hergestellt worden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung, insbesondere LED(Leuchtdioden)-Leuchtvorrichtung, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und eine LED-Leuchtvorrichtung.
Bisher werden eine im Wesentlichen einheitliche Helligkeit und/oder Farbe eines Satzes von LED-Leuchtvorrichtungen durch eine Klasseneinteilung (sog. ”Binning”) erreicht, bei welcher LEDs im Voraus in verschiedene, eng definierte Helligkeits- und/oder Farbklassen eingeteilt werden und für den Satz von LED-Leuchtvorrichtungen nur LEDs gleicher Klasse verwendet werden. Je nach Schwankungsbreite bei der Herstellung der LEDs kann sich ein hoher Ausschuss nicht geeigneter LEDs ergeben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Nachteile zumindest teilweise abzumildern oder sogar zu beseitigen und insbesondere eine hochgradig einheitliche Helligkeit und/oder Farbe eines Satzes von Leuchtvorrichtungen auf eine einfache und preiswerte Weise bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:

– Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von mindestens einer Lichtquelle emittierten Lichts;
– Vergleichen der ausgemessenen Helligkeit und/oder des ausgemessenen Farborts mit einem zugehörigen Sollwert;
– Auswählen mindestens eines optischen Elements aus einer Gruppe von mehreren optischen Elementen auf der Grundlage des Vergleichens,
– wobei das Auswählen so durchgeführt wird, dass die Helligkeit und/oder der Farbort des von der ausgemessenen mindestens einen Lichtquelle emittierten Lichts durch das mindestens eine ausgewählte optische Element an mindestens einen Sollwert angenähert wird; und
– Anordnen des mindestens einen ausgewählten optischen Elements hinter der mindestens einen ausgemessenen Lichtquelle.

Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass auch Lichtquellen mit einer größeren Schwankungsbreite ihrer Helligkeit und/oder ihrer Farbe bzw. ihres Farborts durch das mindestens eine optische Element nachträglich ausgeglichen werden. So können Lichtquellen eine größere Schwankungsbreite aufweisen oder sogar Lichtquellen ohne ein zuvor durchgeführtes Binning verwendet werden, was auf einfache und variable Weise den Ausschuss und folglich die Herstellungskosten der Leuchtvorrichtung verringern kann.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein optisches Element eingefärbt ist. So lässt sich eine Verschiebung des Farborts in Richtung seines Farb-Sollwerts erreichen.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass mindestens ein optisches Element helligkeitsvermindernd ausgestaltet ist. Dadurch können (zu) hell strahlende Lichtquellen abgedunkelt werden, um sie dem Helligkeits-Sollwert anzunähern.
Es ist eine Weiterbildung, dass das optische Element eine Helligkeitsminderung von mindestens 10% aufweist, also einen Transmissionsgrad von nicht mehr als 90%, insbesondere falls das optische Element als ein Diffusor ausgebildet ist.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das optische Element eine Helligkeitsminderung von nicht mehr als 30% aufweist, also einen Transmissionsgrad von nicht weniger als 70%, insbesondere falls die Lichtquelle(n) eine Leuchtdiode ist bzw. Leuchtdioden sind.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das optische Element einen Transmissionsgrad zwischen 75% und 85% aufweist.
Der Transmissionsgrad der Gruppe der mehreren verschiedenen optischen Elemente kann insbesondere innerhalb dieser Wertebereiche variiert werden, z. B. in Schritten von 1%.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Helligkeit und/oder der Farbort (genau) einer LED ausgemessen wird, also in anderen Worten das Verfahren in Bezug auf nur eine LED durchgeführt werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Helligkeit und/oder der Farbort von mehreren LEDs gemeinsam ausgemessen wird, also in anderen Worten das Verfahren in Bezug auf mehrere Lichtquellen durchgeführt wird. Das mindestens eine optische Element kann also mehreren Lichtquellen gemeinsam nachgeschaltet sein. Dies ergibt den Vorteil, dass die gemeinsame Helligkeit und/oder der gemeinsame Farbort der mehreren Lichtquellen durch Mittelung weniger schwankt als diejenige bzw. derjenige der einzelnen Lichtquellen.
Das mindestens eine optische Element kann zur Homogenisierung des Lichts insbesondere einen Diffusor umfassen bzw. als ein solcher ausgestaltet sein.
Das mindestens eine optische Element kann aus Glas, Glaskeramik und/oder Kunststoff hergestellt sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Sollwert der Helligkeit im Wesentlichen einem Wert zwischen einer maximal erreichbaren bzw. maximalen Helligkeit und einer minimal erreichbaren bzw. minimalen Helligkeit der mindestens einen LED entspricht. So kann ein gewünschter Helligkeitswert mit einer verringerten Schwankungsbreite erreicht werden. Falls die Helligkeit zu hoch ist, d. h. einen Wert oberhalb des Sollwerts aufweist, kann das mindestens eine optische Element z. B. ein abdunkelndes Element sein. Falls die Helligkeit zu gering ist, d. h. einen Wert unterhalb des Sollwerts aufweist, kann z. B. ein Farbort in Richtung einer höheren Wahrnehmungsempfindlichkeit des menschlichen Auges hin verschoben werden.
Es ist eine besondere Ausgestaltung, dass der Sollwert der Helligkeit im Wesentlichen einem mittleren Wert zwischen der maximalen Helligkeit und der minimalen Helligkeit der mindestens einen LED entspricht. So kann eine gute Balance zwischen einer hohen Helligkeit und einer ausreichend geringen Schwankungsbreite erreicht werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Sollwert der Helligkeit im Wesentlichen der minimalen Helligkeit entspricht. Dies ergibt den Vorteil, dass sich sämtliche Leuchtvorrichtungen durch eine entsprechende Abdunkelung und/oder Verschiebung des Farborts auf den gleichen Helligkeitspegel bringen lassen.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine LED zuvor mittels eines Klasseneinteilungsverfahrens ausgesucht worden ist. Dabei kann eine Schwankungsbreite bezüglich der Helligkeit und/oder des Farborts breiter sein als bei einem üblichen Binning.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle umfasst.
Die Halbleiterlichtquelle kann insbesondere eine Leuchtdiode sein, aber z. B. auch ein Diodenlaser usw. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein (”LED-Modul”). Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Vorrichtung mindestens aufweisen:

– eine Fördervorrichtung zum Fördern mindestens einer Leuchtvorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle, insbesondere LED;
– eine Lichtmesseinrichtung zum Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von der mindestens einen Lichtquelle emittierten Lichts;
– eine mit der Lichtmesseinrichtung gekoppelte Auswahllogik zum Vergleichen der ausgemessenen Helligkeit und/oder des ausgemessenen Farborts mit einem zugehörigen Sollwert und Auswählen mindestens eines optischen Elements aus einer Gruppe von mehreren optischen Elementen auf der Grundlage des Vergleichens,
– mindestens ein Lager zum Vorhalten der Gruppe von mehreren optischen Elementen und
– eine Bestückvorrichtung zum Bestücken der mindestens einen Leuchtvorrichtung mit mindestens einem ausgewählten optischen Element durch Anordnen des mindestens einen ausgewählten optischen Elements hinter der mindestens einen Lichtquelle.

Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, wobei die Leuchtvorrichtung mittels eines Verfahrens wie oben beschrieben hergestellt worden ist.
Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere ein LED-Modul zum Einbau in einer Lampe, eine Lampe und/oder eine Leuchte umfassen oder sein.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt in Schrägansicht eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung;
2 skizziert einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen der Leuchtvorrichtung; und
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen der Leuchtvorrichtung.
1 zeigt in Schrägansicht eine erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung 1. Die LED-Leuchtvorrichtung 1 weist ein Substrat 2 auf, das mit mehreren Lichtquellen in Form von Leuchtdioden, LEDs, 3 bestückt ist. Die LEDs 3 sind von einem optischen Element 4 in Form einer Kappe überwölbt, so dass zumindest ein überwiegender Teil des von den LEDs 3 abgestrahlten Lichts durch das optische Element 4 strahlt.
Um einen gewünschten Farbort und/oder eine gewünschte Helligkeit der LED-Leuchtvorrichtung 1 zu erreichen, werden bisher LEDs 3 verwendet, welche ein Binning oder Klasseneinteilungsverfahren durchlaufen haben und entsprechend ihrer Schwankungsbreite bezüglich des gewünschten Farborts und/oder der gewünschten Helligkeit ausgewählt worden sind. Bei der LED-Leuchtvorrichtung 1 kann die Schwankungsbreite (Toleranzband) für die LEDs 3 vergrößert werden, was einen Ausschuss verringert und somit die Stückkosten oder was sogar auf ein Binning verzichten lässt.
Um dennoch eine Schwankung einer wahrgenommenen Helligkeit eines Satzes von LED-Leuchtvorrichtungen 1 zu begrenzen, wird das optische Element 4 verwendet. Das optische Element 4 ist dazu eingerichtet, die Helligkeit und/oder den Farbort des von mindestens einer LED emittierten Lichts gezielt zu ändern und zumindest näher an einen entsprechenden Sollwert heranzubringen. Das optische Element 4 wandelt in anderen Worten das von den LEDs 3 emittierte Primärlicht in zumindest helligkeits- und/oder farbortgeändertes sekundäres Licht um. Das optische Element 4 ist dazu in dem Lichtpfad hinter der mindestens einen LED 3 angeordnet. Für jede LED-Leuchtvorrichtung 1 wird dazu das optische Element 4 gezielt ausgesucht, wie im Folgenden genauer beschrieben.
2 skizziert einen Aufbau einer Montagevorrichtung 11 zum Herstellen der LED-Leuchtvorrichtung, und 3 zeigt ein mögliches zugehöriges Verfahren zum Herstellen der LED-Leuchtvorrichtung 1. Die Montagevorrichtung 11 weist eine Fördervorrichtung mit einem Förderband 12 auf, dessen Förderrichtung durch den Pfeil angedeutet ist. Auszumessende LED-Leuchtvorrichtungen 1 werden zunächst als Prüfling ohne das optische Element 4 auf dem Förderband 12 zu einer Lichtmesseinrichtung 13 befördert.
Die Lichtmesseinrichtung 13 dient zum Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von der mindestens einen LED 3 bzw. LED-Leuchtvorrichtung 1 emittierten Lichts und führt Schritt S1 aus 3 durch. Die Lichtmesseinrichtung 13 kann dazu mindestens einen Helligkeitssensor und/oder Farbsensor aufweisen.
Die von der Lichtmesseinrichtung 13 erzeugten Sensorsignale werden an eine mit der Lichtmesseinrichtung 13 gekoppelte Auswahllogik 14 übertragen. In der Auswahllogik werden die Sensorsignale ausgewertet, um die ausgemessene Helligkeit und/oder den ausgemessenen Farbort mit mindestens einem zugehörigen Sollwert zu vergleichen, Schritt S2.
Auf der Grundlage des Vergleichs wird das optische Element 4 aus einer Gruppe von mehreren verschiedenen optischen Elementen 4 ausgewählt (Schritt S3), z. B. durch Auswählen desjenigen optischen Elements 4, das die Helligkeit der LED-Leuchtvorrichtung 1 am nächsten an den Helligkeitssollwert und/oder Farbsollwert annähert. So kann die Auswahllogik 14 für eine relativ hell scheinende LED-Leuchtvorrichtung 1 ein abdunkelndes optisches Element 4 vorsehen und für eine z. B. durch einen zu geringen Grünanteil von einem gewünschten Weißton abweichende LED-Leuchtvorrichtung 1 ein grün getöntes optisches Element 4 vorsehen. Die Eigenschaften der optischen Elemente 4 können auch kombiniert sein. So kann für eine relativ hell scheinende LED-Leuchtvorrichtung 1 mit einem Gründefizit ein abdunkelndes grün getöntes optisches Element 4 verwendet werden.
Die Gruppe von mehreren verschiedenen optischen Elementen 4 wird dazu in einem Lager 15 vorgehalten. Mittels einer Bestückvorrichtung 16 wird das von der Auswahllogik 14 ausgewählte optische Element 4 aus dem Lager 15 entfernt und optisch hinter der mindestens einen LED 3 an der LED-Leuchtvorrichtung 1 befestigt oder angeordnet (Schritt S4). Der so hergestellte Satz von mehreren LED-Leuchtvorrichtungen 1 weist Helligkeitswerte und/oder Farb(ort)werte in einem engeren Band auf als ohne Montage des optischen Elements 4.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So können die auszumessenden Leuchtvorrichtungen auch zunächst als Prüflinge mit einem optische Referenzelement (z. B. Referenzkappe) zu der Lichtmesseinrichtung befördert und dort ausgemessen werden. Dadurch kann die Helligkeit präziser ausgemessen werden. Im folgenden wird das optische Referenzelement gegen das ausgewählte mindestens eine optische Element ausgetauscht.
Optional können zur noch präziseren Bestimmung der Farb- und/oder Helligkeitswerte der Leuchtvorrichtung eine Kontrollmessung an der mit dem mindestens einen optischen Element ausgerüsteten Leuchtvorrichtung duarchgeführt werden und ggf. passende Aktionen wie ein Verwerfen der Leuchtvorrichtung durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: LED-Leuchtvorrichtung
2: Substrat
3: LED
4: optisches Element
11: Montagevorrichtung
12: Förderband
13: Lichtmesseinrichtung
14: Auswahllogik
15: Lager
16: Bestückvorrichtung
S1: Herstellungsschritt
S2: Herstellungsschritt
S3: Herstellungsschritt
S4: Herstellungsschritt

Claims

Verfahren (S1–S4) zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung (1), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: – Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von mindestens einer Lichtquelle (3) emittierten Lichts (S1); – Vergleichen der ausgemessenen Helligkeit und/oder des ausgemessenen Farborts mit einem zugehörigen Sollwert (S2); – Auswählen mindestens eines optischen Elements (4) aus einer Gruppe von mehreren verschiedenen optischen Elementen (4) auf der Grundlage des Vergleichens (S3), – wobei das Auswählen so durchgeführt wird, dass die Helligkeit und/oder der Farbort des von der ausgemessenen mindestens einen Lichtquelle (3) emittierten Lichts durch das mindestens eine ausgewählte optische Element (4) an mindestens einen Sollwert angenähert wird; und – Anordnen des mindestens einen ausgewählten optischen Elements hinter der mindestens einen ausgemessenen Lichtquelle (S4).
Verfahren (S1–S4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein optisches Element (4) eingefärbt ist.
Verfahren (S1–S4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein optisches Element (4) helligkeitsvermindernd ausgestaltet ist.
Verfahren (S1–S4) nach Anspruch 3, wobei mindestens ein optisches Element (4) einen Transmissionsgrad zwischen 70% und/oder 90%, insbesondere zwischen 75% und 85%.
Verfahren (S1–S4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Helligkeit und/oder der Farbort genau einer Lichtquelle (3) ausgemessen wird.
Verfahren (S1–S4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Helligkeit und/oder der Farbort von mehreren Lichtquellen (3) gemeinsam ausgemessen wird.
Verfahren (S1–S4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Helligkeit im Wesentlichen einem Wert zwischen einer maximalen Helligkeit und einer minimalen Helligkeit der mindestens einen Lichtquelle (3) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Sollwert der Helligkeit im Wesentlichen einem mittleren Wert zwischen der maximalen Helligkeit und der minimalen Helligkeit der mindestens einen Lichtquelle (3) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Lichtquelle (3) zuvor mittels eines Klasseneinteilungsverfahrens ausgesucht worden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Gruppe der mehreren optischen Elemente (4) an die Klasseneinteilung der mindestens einen Lichtquelle (3) angepasst ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Lichtquelle (3) mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere LED, umfasst.
Vorrichtung (11) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens aufweist: – eine Fördervorrichtung (12) zum Fördern mindestens einer Leuchtvorrichtung (1) mit mindestens einer Lichtquelle (3); – eine Lichtmesseinrichtung (13) zum Ausmessen einer Helligkeit und/oder eines Farborts eines von der mindestens einen Lichtquelle (3) emittierten Lichts; – eine mit der Lichtmesseinrichtung gekoppelte Auswahllogik (14) zum Vergleichen der ausgemessenen Helligkeit und/oder des ausgemessenen Farborts mit einem zugehörigen Sollwert und Auswählen mindestens eines optischen Elements (4) aus einer Gruppe von mehreren verschiedenen optischen Elementen (4) auf der Grundlage des Vergleichens, – mindestens ein Lager (15) zum Vorhalten der Gruppe von mehreren optischen Elementen (4) und – eine Bestückvorrichtung (16) zum Bestücken der mindestens einen Leuchtvorrichtung (1) mit mindestens einem ausgewählten optischen Element (4) durch Anordnen des mindestens einen ausgewählten optischen Elements (4) hinter der mindestens einen Lichtquelle (3).
Leuchtvorrichtung (1), wobei die Leuchtvorrichtung (1) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt worden ist.