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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gruppierung oder Kennzeichnung von Lumineszenzdiodenbauelementen und ein Lumineszenzdiodenbauelement.
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Lumineszenzdiodenbauelemente müssen bei der Auslieferung durch den Hersteller oftmals strenge Anforderungen hinsichtlich einer vorgegebenen Helligkeit erfüllen. Bei LED-Modulen wie beispielsweise Automobilscheinwerfern kann es aufgrund gesetzlicher Vorschriften und Normen erforderlich sein, genaue Spezifikationen zu erfüllen.
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Bei einem herkömmlichen Gruppierungsverfahren für Lumineszenzdiodenbauelemente werden alle Lumineszenzdiodenbauelemente mit einer vorgegebenen Stromstärke betrieben und die Lumineszenzdiodenbauelemente in verschiedene Helligkeitsgruppen (sogenannte Bins) eingeteilt. Dieses Verfahren wird auch als Helligkeits-Binning bezeichnet. Für eine Anwendung mit einer vorgegebenen Zielhelligkeit werden dann nur Leuchtdiodenchips aus einer Helligkeitsgruppe ausgewählt, welche der vorgegebenen Zielhelligkeit entsprechen. Lumineszenzdiodenchips mit einer abweichenden Helligkeitsgruppe sind in diesem Fall für die Anwendung nicht verwendbar.
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Insbesondere bei Lumineszenzdiodenbauelementen für den Automobilbereich oder Verkehrssignale muss der Hersteller in der Regel sicherstellen, dass die vorgegebenen Spezifikationen über einen Zeitraum von mehreren Jahren erfüllt werden. In diesem Fall kann es unter Umständen sogar erforderlich sein, eine höhere Lichtausbeute aufgrund einer Steigerung der Effizienz der Lumineszenzdiodenchips durch gegenläufige Maßnahmen wie beispielsweise das Aufbringen einer teilweise absorbierenden Schicht zu kompensieren.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Lumineszenzdiodenbauelement anzugeben, bei denen sicher gestellt ist, dass das Lumineszenzdiodenbauelement beim Betrieb Licht mit einer vorgegebener Zielhelligkeit emittiert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gruppierung oder Kennzeichnung von Lumineszenzdiodenbauelementen und ein Lumineszenzdiodenbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Gruppierung oder Kennzeichnung von Lumineszenzdiodenbauelementen wird eine Vielzahl von Lumineszenzdiodenbauelementen bereitgestellt. Bei den Lumineszenzdiodenbauelementen kann es sich um LED-Chips oder Laserdiodenchips mit oder ohne Gehäuse handeln. Weiterhin kann es sich bei den Lumineszenzdiodenbauelementen auch um LED-Module oder Lasermodule mit mehreren LED-Chips oder Laserdiodenchips handeln.
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Bei dem Verfahren wird die zur Erzielung einer vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 erforderliche Sollstromstärke I0 für jedes der Lumineszenzdiodenbauelemente gemessen. Es wird also ermittelt, mit welcher Stromstärke I0 das Lumineszenzdiodenbauelement betrieben werden muss, um eine vorgegebene Zielhelligkeit zu erzielen.
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Nachfolgend werden bei dem Verfahren die Lumineszenzdiodenbauelemente anhand der gemessenen Sollstromstärke I0 gruppiert oder gekennzeichnet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt eine Gruppierung der Lumineszenzdiodenbauelemente dadurch, dass die Lumineszenzdiodenbauelemente in Gruppen sortiert werden, die jeweils eine Gruppierungsstromstärke Ig aufweisen, wobei die Sollstromstärke I0 der Lumineszenzdiodenbauelemente einer Gruppe um nicht mehr als eine zulässige Toleranz ΔIg von der Gruppierungsstromstärke Ig abweicht. Es gilt also: |I0 – Ig| ≤ ΔIg.
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Bei dem hierin beschriebenen Verfahren werden die Lumineszenzdiodenbauelemente im Gegensatz zur üblichen Helligkeitsgruppierung nicht in Helligkeitsgruppen eingeteilt, sondern es werden alle Lumineszenzdiodenbauelemente für einen Betrieb mit der Zielhelligkeit Φ0 vorgesehen, wobei die dafür erforderliche Stromstärke I0 gemessen und die Lumineszenzdiodenbauelemente in Gruppen annähernd gleicher Sollstromstärke eingeteilt werden. Die vorgegebene Zielhelligkeit Φ0 wird innerhalb einer zulässigen Toleranz erreicht, wenn der Anwender die Gruppierungsstromstärke Ig einstellt. Bei dem Gruppierungsverfahren entsteht weniger Ausschuss als bei dem herkömmlichen Gruppierungsverfahren, da abgesehen von eventuell defekten Lumineszenzdiodenbauelementen alle Lumineszenzdiodenbauelemente für einen Betrieb bei der gewünschten Zielhelligkeit Φ0 vorgesehen sind.
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Die Kennzeichnung der Lumineszenzdiodenbauelemente mit der Sollstromstärke I0 kann zum Beispiel durch eine Beschriftung der Lumineszenzdiodenbauelemente mit der Sollstromstärke I0 erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lumineszenzdiodenbauelemente einen Speicherbaustein auf und werden dadurch mit der Sollstromstärke I0 gekennzeichnet, dass die für die Zielhelligkeit Φ0 erforderliche Sollstromstärke I0 in dem Speicherbaustein gespeichert wird. In diesem Fall ist die zur Erreichung der Zielhelligkeit Φ0 erforderliche Sollstromstärke I0 vorteilhaft bei jedem Lumineszenzdiodenbauelement aus dem Speicherbaustein abrufbar, so dass die Sollstromstärke I0 beispielsweise automatisch von einer Treiberschaltung eingestellt werden kann.
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Vorteilhaft können auch weitere elektrische oder optische Parameter der Lumineszenzdiodenbauelemente gemessen und in dem Speicherbaustein gespeichert werden. Bei den Parametern kann es sich insbesondere um die Farbe, den Farbort, die Helligkeit oder die Vorwärtsspannung des Lumineszenzdiodenbauelements handeln.
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Es ist auch denkbar, eine oder mehrere weitere Stromstärken in dem Speicherbaustein zu speichern, die zur Erzielung einer oder mehrerer weiterer Zielhelligkeiten erforderlich sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Betrieb des Lumineszenzdiodenbauelements bei verschiedenen Helligkeiten vorgesehen ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Lumineszenzdiodenbauelement um ein LED-Modul für einen Automobilscheinwerfer handeln, das verschiedene Zielhelligkeiten aufweist. Im Fall eines Frontscheinwerfers können beispielsweise verschiedene Zielhelligkeiten für das Tagfahrlicht, das Abblendlicht oder das Fernlicht vorgegeben sein. Im Fall einer Heckleuchte können beispielsweise verschiedene Helligkeiten für das Standlicht, das Rücklicht oder das Bremslicht vorgesehen sein.
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Die Messung der zur Erzielung der Zielhelligkeit Φ0 erforderlichen Sollstromstärke I0 erfolgt vorzugsweise derart, dass die Stromstärke kontinuierlich erhöht und dabei die Helligkeit gemessen wird. Die Messung kann vorteilhaft vergleichsweise schnell erfolgen, beispielsweise in einem Zeitintervall von 25 Millisekunden. Zur Messung der Helligkeit wird vorzugsweise eine Fotodiode eingesetzt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden nach der Messung der Sollstromstärke I0 weitere Messungen durchgeführt, um das Lumineszenzdiodenbauelement bei der Sollstromstärke I0 zu charakterisieren. Beispielsweise kann die Sollstromstärke I0 eingestellt werden und das Spektrum der von dem Lumineszenzdiodenbauelement emittierten Strahlung mittels eines Spektrometers gemessen werden. Weiterhin können elektrische Eigenschaften wie die Vorwärtsspannung der Lumineszenzdiodenbauelemente gemessen werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung wird nach der Gruppierung und/oder Kennzeichnung der Lumineszenzdiodenbauelemente eine Kontrollmessung durchgeführt, bei der die Messung der Erzielung der vorgegebenen Zielhelligkeit erforderlichen Sollstromstärke wiederholt wird und auf diese Weise überprüft wird, ob das Lumineszenzdiodenbauelement der richtigen Gruppierungsstromstärke Ig zugeordnet ist und/oder die richtige Sollstromstärke I0 in einem Speicherbaustein des Lumineszenzdiodenbauelements gespeichert ist. Falls bei der Kontrollmessung eine Abweichung festgestellt wird, wird das Lumineszenzdiodenbauelement ausgesondert und/oder das beschriebene Verfahren erneut durchgeführt. Alternativ kann bei der Kontrollmessung auch die erforderliche Sollstromstärke I0 eingestellt und die dabei erreichte Helligkeit mit der Zielhelligkeit Φ0 verglichen werden. Das Lumineszenzdiodenbauelement wird ausgesondert, wenn die gemessene Helligkeit Φ um mehr als eine zulässige Toleranz von der Zielhelligkeit Φ0 abweicht.
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Das Lumineszenzdiodenbauelement gemäß der Erfindung weist vorzugsweise mindestens eine Lumineszenzdiode und einen Speicherbaustein auf, wobei in dem Speicherbaustein die zur Erzielung einer vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 erforderliche Sollstromstärke I0 gespeichert ist.
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Vorzugsweise weist das Lumineszenzdiodenbauelement eine Treiberschaltung auf, wobei die Treiberschaltung dazu eingerichtet ist, die Leuchtdiode mit der in dem Speicherbaustein gespeicherten Sollstromstärke I0 zu betreiben. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein Anwender das Lumineszenzdiodenbauelement nur an eine Spannungsversorgung anschließen muss, wobei die Treiberschaltung automatisch dafür sorgt, dass das Lumineszenzdiodenbauelement mit der für die Erzielung der vorgegebenen Helligkeit erforderlichen Sollstromstärke I0 betrieben wird.
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Die mindestens eine Lumineszenzdiode des Lumineszenzdiodenbauelements kann eine LED oder eine Laserdiode sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lumineszenzdiodenbauelement ein LED-Modul mit mehreren LEDs.
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Insbesondere kann das LED-Modul ein Automobilscheinwerfer oder ein Verkehrssignal sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens,
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2 ein Schaubild zur Erläuterung des Verfahrensschritts der Bestimmung der zur Erreichung einer vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 erforderlichen Sollstromstärke I0, und
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Lumineszenzdiodenbauelements gemäß der Erfindung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Gruppierung und/oder Kennzeichnung von Lumineszenzdiodenbauelementen in einem Flussdiagramm dargestellt.
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Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl von Lumineszenzdiodenbauelementen bereitgestellt, beispielsweise Leuchtdiodenchips oder Laserdiodenchips mit oder ohne Gehäuse. Bei den Lumineszenzdiodenbauelementen kann es sich auch um LED-Module oder Lasermodule mit mehreren LED-Chips beziehungsweise mehreren Laserdiodenchips handeln.
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Bei dem in 1 dargestellten ersten Verfahrensschritt wird die zur Erreichung einer für das Lumineszenzdiodenbauelement vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 erforderliche Sollstromstärke I0 bestimmt. Die Zielhelligkeit Φ0 ist abhängig von der vorgesehenen Anwendung des Lumineszenzdiodenbauelements und kann sich insbesondere aus gesetzlichen Vorschriften oder Normen, beispielsweise für Automobilscheinwerfer oder Verkehrssignale ergeben.
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Die Bestimmung der zur Erzielung einer vorgegebenen Zielhelligkeit erforderlichen Sollstromstärke I0 wird anhand der 2 näher erläutert. Es wird eine Stromrampenmessung durchgeführt, bei dem in einem vorgegebenen Messintervall, das beispielsweise 25 ms betragen kann, die Stromstärke I in Abhängigkeit von der Zeit t kontinuierlich erhöht wird. Insbesondere kann die Stromstärke I in dem Messintervall linear erhöht werden. Während des Messintervalls wird die Helligkeit Φ der von dem Lumineszenzdiodenbauelement emittierten Strahlung gemessen. Aufgrund der kontinuierlichen Erhöhung der Stromstärke steigt auch die Helligkeit Φ während des Messintervalls kontinuierlich an. Die Helligkeit Φ wird mit einem strahlungsempfindlichen Detektor, vorzugsweise mit einer Photodiode, gemessen. Als Maß für die Helligkeit Φ kann insbesondere die physikalische Größe des Lichtstroms (Einheit Lumen) verwendet werden.
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Der minimale und der maximale Strom für die Stromrampenmessung werden so gewählt, dass die vorgegebene Zielhelligkeit Φ0 bei einem Strom innerhalb des Messintervalls erreicht wird. Bei der Messung wird für jedes der Lumineszenzdiodenbauelemente die Stromstärke I0 bestimmt, bei der die gewünschte Zielhelligkeit Φ0 erreicht wird.
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Wieder bezugnehmend auf 1, können bei einem optionalen zweiten Verfahrensschritt weitere elektrische oder optische Eigenschaften der Lumineszenzdiodenbauelemente gemessen werden. Beispielsweise kann das Lumineszenzdiodenbauelement, vorzugsweise mittels einer präzisen Konstantstromquelle, mit der im ersten Verfahrensschritt bestimmten Sollstromstärke I0 betrieben werden und dabei die optischen Eigenschaften des Lumineszenzdiodenbauelements beispielsweise mittels eines Spektrometers gemessen werden. Auf diese Weise kann insbesondere die Farbe und/oder der Farbort bestimmt werden. Weiterhin können auch elektrische Eigenschaften wie beispielsweise die bei der Sollstromstärke I0 auftretende Vorwärtsspannung gemessen werden.
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In einem dritten Verfahrensschritt werden bei einer Variante a) des Verfahrens die Lumineszenzdiodenbauelemente anhand der im ersten Verfahrensschritt bestimmten Sollstromstärke I0 in Gruppen sortiert. Die Gruppierung, die auch als Binning bezeichnet wird, erfolgt vorzugsweise derart, dass die Lumineszenzdiodenbauelemente verschiedenen Gruppierungsströmen Ig zugeordnet werden. Ein Lumineszenzdiodenbauelement gehört einer Gruppe mit dem Gruppierungsstrom Ig an, wenn seine Sollstromstärke I0 um nicht mehr als eine vorgegebene Toleranz ΔIg von der Gruppierungsstromstärke Ig abweicht. Die Sortierung kann zusätzlich anhand von weiteren Parametern erfolgen, beispielsweise können verschiedene Gruppen für unterschiedliche Farben und/oder unterschiedliche Zielhelligkeiten der Lumineszenzdiodenchips vorgesehen sein.
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Bei einer alternativen Variante b) des Verfahrens weisen die Lumineszenzdiodenbauelemente jeweils einen Speicherbaustein auf und werden durch eine Programmierung des Speicherbausteins gekennzeichnet. Dabei wird die in dem ersten Verfahrensschritt bestimmte Sollstromstärke I0 zur Erzielung der vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 in den Speicherbaustein programmiert. Zusätzlich können auch weitere Parameter in den Speicherbaustein programmiert werden. Dabei kann es sich insbesondere um optische oder elektrische Parameter der Lumineszenzdiodenbauelemente handeln, die bei dem zweiten Verfahrensschritt bestimmt wurden. Beispielsweise kann es sich bei den Parametern um die Farbe, den Farbort oder die Helligkeit der Lumineszenzdiodenbauelemente handeln.
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Bei beiden Varianten a) oder b) des Verfahrens kann in einem vierten Verfahrensschritt eine Kontrollmessung durchgeführt werden. Bei der Kontrollmessung kann beispielsweise nochmals eine Stromrampenmessung wie im ersten Verfahrensschritt durchgeführt werden, um zu kontrollieren, ob die dabei ermittelte Sollstromstärke zur Erreichung der Zielhelligkeit Φ0 mit der zuvor ermittelten Sollstromstärke I0 übereinstimmt. Alternativ kann auch die Sollstromstärke I0 oder die Gruppierungsstromstärke Ig eingestellt werden und überprüft werden, ob die bei diesem Strom erzielte Helligkeit Φ innerhalb einer zulässigen Toleranz mit der vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 übereinstimmt. Falls bei der Kontrollmessung eine unzulässig hohe Abweichung von den Sollwerten festgestellt wird, wird das Lumineszenzdiodenbauelement ausgesondert. Ansonsten wird die Gruppierungsstromstärke Ig, die der Gruppe (dem sogenannten Sortierbin) zugeordnet ist, oder der Speicherinhalt des Speicherbausteins bestätigt.
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Nach der optionalen Kontrollmessung können die Lumineszenzdiodenbauelemente durch den Hersteller ausgeliefert werden.
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Seitens des Anwenders des Lumineszenzdiodenbauelements kann die Gruppierungsstromstärke Ig oder die in dem Speicherbaustein programmierte Sollstromstärke I0 eingestellt werden, so dass die vorgegebene Zielhelligkeit Φ0 erreicht wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Lumineszenzdiodenbauelements ist in 3 dargestellt. Das Lumineszenzdiodenbauelement 6 enthält beispielsweise mehrere LED-Chips 3. Die LED-Chips 3 können beispielsweise in Reihe geschaltet sein, so dass alle LED-Chips 3 von derselben Stromstärke durchflossen werden. Die Stromversorgung der LED-Chips 3 erfolgt über eine Treiberschaltung 2, die dazu eingerichtet ist, die LED-Chips 3 mit einer vorgegebenen Stromstärke zu betreiben. Die Treiberschaltung 2 kann über Verbindungsleitungen 5 an eine externe Spannungsquelle 1 angeschlossen werden. Die Treiberschaltung 2 kann beispielsweise als integrierter Schaltkreis (IC) ausgestaltet sein.
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Weiterhin enthält das Lumineszenzdiodenbauelement 6 einen Speicherbaustein 4. Der Speicherbaustein 4 kann mit einer Sollstromstärke I0 programmiert werden, die erforderlich ist, damit die LED-Chips 3 eine vorgegebene Helligkeit Φ0 erzielen. Die Treiberschaltung 2 ist dazu eingerichtet, auf den Inhalt des Speicherbausteins 4 zuzugreifen und die LED-Chips 3 mit der vorgegebenen und in dem Speicherbaustein 4 gespeicherten Stromstärke zu betreiben. Der Speicherbaustein 4 kann beispielsweise in einen integrierten Schaltkreis der Treiberschaltung 2 integriert sein oder alternativ auch außerhalb der der Treiberschaltung 2 angeordnet sein. Ein Anwender des Lumineszenzdiodenbauelements 6 muss nur eine Spannungsversorgung 1 an das Lumineszenzdiodenbauelement 6 anlegen, um die LED-Chips 3 automatisch mit der zur Erzielung der vorgegebenen Helligkeit Φ0 erforderlichen Stromstärke I0 zu betreiben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Lumineszenzdiodenelement 6 ein LED-Modul ist, das hinsichtlich der emittierten Helligkeit gesetzliche Anforderungen erfüllen muss. Insbesondere kann es sich bei dem Lumineszenzdiodenbauelement 6 um ein Verkehrssignal oder einen Automobilscheinwerfer handeln.
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Es ist vorteilhaft auch möglich, den Speicherbaustein neu zu programmieren, wenn beispielsweise aufgrund einer Alterung der Lumineszenzdiodenchips nach einer längeren Betriebsdauer eine Abweichung der Helligkeit von der vorgegebenen Zielhelligkeit Φ0 auftreten sollte. In diesem Fall kann das hierin beschrieben Verfahren wiederholt und gegebenenfalls eine andere Sollstromstärke in den Speicherbaustein programmiert werden, bei dem die Zielhelligkeit Φ0 wieder erreicht wird.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
