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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Halbleiterleuchtvorrichtung, wobei die Leuchtvorrichtung Halbleiterlichtquellen mit mindestens zwei unterschiedlichen Farben aufweist und wobei zum Einstellen eines Farborts der Halbleiterleuchtvorrichtung eine Helligkeit der Halbleiterlichtquellen mittels einer Regel bzw. eines Algorithmus' eingestellt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Farbregelvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Eine Farbtemperatur kann ein Maß für einen Farbeindruck einer Lichtquelle sein. Die Farbtemperatur kann insbesondere definiert sein als die Temperatur eines Schwarzen Körpers, eines Planckschen Strahlers, die zu einer bestimmten Lichtfarbe dieser Strahlungsquelle gehört. Im Einzelnen kann es die Temperaturangabe sein, die bei gleicher Helligkeit und unter festgelegten Beobachtungsbedingungen der zu beschreibenden Farbe am ähnlichsten ist (CCT; ”correlated colour temperature”, ähnlichste Farbtemperatur). In einem Chromatizitätsdiagramm (z. B. einem CIE 1931-Diagramm) gehört zu jeder Farbtemperatur einer Lichtquelle ein Weißpunkt dieser Beleuchtungsart. Die spektrale Verteilung des Lichts von Strahlern mit gleicher Farbtemperatur kann sehr unterschiedlich sein (sogenannte ”metamere Lichtquellen”). Licht von metameren Lichtquellen kann ein kontinuierliches Spektrum aufweisen oder sich auf einige schmale Spektralbänder beschränken. Ein Farbwiedergabeindex gibt die Qualität der Farbwiedergabe bei einer Beleuchtung mit einer Lichtquelle an.
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Die Lichtfarbe kann als die spektrale Zusammensetzung von Licht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, definiert werden. Sichtbares Licht ruft einen Farbreiz hervor. Die Lichtfarbe kann sich entweder aus diskreten einzelnen Farben je einer bestimmten Wellenlänge, aus einem Gemisch mehrerer Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen, oder aus einem kontinuierlichen Gemisch von Licht aller Wellenlängen eines bestimmten Spektralbereichs zusammensetzen. Licht kann ein kontinuierliches Spektrum aufweisen, wenn es, wie das Sonnenlicht oder das Licht einer Glühlampe, von einem glühenden Körper ausgeht. Sein Spektrum folgt dann den Gesetzen des Planckschen (schwarzen) Strahlers. Die Lichtfarbe kann dann durch die Wellenlänge des Maximums des kontinuierlichen Spektrums bestimmt und einer entsprechenden Farbtemperatur, gemessen in Kelvin, zugeordnet werden, die gleich der Temperatur des strahlenden Glühkörpers ist. Die Lichtfarbe beginnt bereits unmittelbar über dem absoluten Nullpunkt mit der Wärmestrahlung im fernen Infrarot. Je höher die Temperatur ist, umso kürzere Wellenlängen werden ausgesandt und desto ”blauer” wird folglich das Maximum.
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Bei einer Leuchtvorrichtung, die ihre ”weiße” Lichtfarbe über die Farbmischung von verschiedenfarbigen Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), erzeugt, muss die Summenfarbe (Farbe des Mischlichts) über die relative Intensität der Lichtquellen geregelt werden. Die Summenfarbe zweier Lichtquellen liegt dabei auf der Verbindungsgeraden der beiden Farborte der Lichtquellen in dem CIE-Farbdiagramm. Dies unterscheidet bichrome Systeme von Aufbauten mit drei oder mehr verschiedenen (primären) Lichtfarben, bei denen der Summenfarbort des Mischlichts freier gewählt werden kann, allerdings auch schwieriger zu stabilisieren ist.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus dem CIE-Farbdiagramm, mit mehreren Verbindungsgeraden V1, V2, V3 für zwei LEDs oder Gruppen von LEDs mit unterschiedlicher Farbe (bichromes Mischlicht). Die beiden (Gruppen von) LEDs ändern in verschiedenen Betriebszuständen (z. B. abhängig von einer Temperatur, einer Ansteuerung und ihrem Alter) ihren Farbort. Die gezeigten Verbindungsgeraden V1, V2, V3 verändern sich bei verschiedenen Betriebszuständen und unterscheiden sich hier durch die Temperatur T1, T2 bzw. T3 der (ansonsten gleichen) LEDs. Die Temperaturen entsprechen hier z. B. T1 < 40°C, T2 = 80°C und T3 = 100°C, was einem typischen Temperaturbereich an einer LED entspricht. Die Änderung des Farborts (z. B. bei sich ändernder Temperatur T) erfolgt somit nicht nur in Richtung der Verbindungsgeraden V1, V2, V3. Ein konstanter Summenfarbort ist folglich praktisch nicht erreichbar. Trotz einer Regelung ist somit der Summenfarbort immer von einem Betriebszustand der beiden LEDs oder Gruppen von LEDs abhängig und liegt auf der gerade bestehenden oder aktuellen Verbindungsgeraden V1, V2, V3 zwischen den beiden aktuellen LED-Farborten. Werden die LED-Helligkeiten geändert (z. B. durch einen anderen LED-Strom oder eine Pulsweitenmodulation) oder auch während der Aufwärmehase, ändert sich auch der LED-Betriebszustand und damit die Verbindungsgerade V1, V2, V3 der LED-Farborte. Somit führt eine andere Ansteuerung (z. B., um einen Farbort auf der aktuellen Geraden zu erreichen) zu einer neuen Verbindungsgeraden, die den ursprünglichen Zielfarbort möglicherweise nicht mehr enthält. Der Plancksche Kurvenzug P ist gestrichelt eingezeichnet.
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Die Intensität der LEDS kann auf verschiedene Zielvorgaben für den Farbort eingestellt, insbesondere eingeregelt, werden. Für besonders natürliches Aussehen kann der Farbort beispielsweise so geregelt werden, dass er auf dem Planckschen Kurvenzug liegt (”Planck-Regel”). Eine mögliche Regel oder ein möglicher Regelalgorithmus für den Summenfarbort kann also umfassen, dass je nach LED-Temperatur T ein Helligkeitsverhältnis der verschiedenfarbigen LEDs oder LED-Gruppen so eingestellt wird, dass der Summenfarbort F1, F2, F3 auf dem Planckschen Kurvenzug oder nahe daran liegt. Dazu zeigt 2 als Kreise eingezeichnet die eingestellten Farborte F1, F2, F3 auf den zugehörigen Verbindungsgeraden V1, V2, V3 für die Temperaturen T1, T2, T3. Ein Farbort F1, F2, F3 nahe dem Planckschen Kurvenzug kommt natürlichem Licht aus thermischen Lichtquellen am nächsten, jeder Farbort F1, F2, F3 auf dem Planckschen Kurvenzug entspricht einer Schwarzkörpertemperatur. Allerdings wandert der so eingestellte Farbort F1, F2, F3 über verschiedene LED-Betriebsbedingungen (hier die Temperatur T) sehr weit, so dass nachteiligerweise eine deutliche Farbänderung sichtbar ist.
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Für eine minimale Farbtemperaturschwankung (d. h. Schwankung der äquivalenten Farbtemperatur) können die Farborte F1, F2, F3 so eingestellt werden, dass sie auf einer Judd-Geraden J (d. h., bei einer konstanten Farbtemperatur) liegen (”Judd-Regel”), wie in 3 gezeigt. Je nach LED-Temperatur T kann das Helligkeitsverhältnis also so eingestellt werden, dass der Summenfarbort F1, F2, F3 auf der Judd-Geraden mit konstanter korrelierter Farbtemperatur (CCT) liegt. Nachteilig ist hier, dass der Summenfarbort erheblich von dem natürlich wirkenden Planckschen Kurvenzug abweicht und folglich eine sichtbare Farbabweichung aufweist.
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Für eine minimal sichtbare Farbabweichung werden die Farborte F1, F2, F3 so eingestellt, dass sie entlang der großen Halbachse einer MacAdam-Ellipse M wandern, wie in 4 gezeigt (”MacAdam-Regel”). Unter einer MacAdam-Ellipse kann insbesondere jener Umfang in einem Chromatizitätsdiagramm, insbesondere CIExy-Diagramm, um einen Bezugsfarbton herum bezeichnet werden, in dem Vergleichsfarben als gleichabständig wahrgenommen werden. Je nach LED-Temperatur T kann das Helligkeitsverhältnis also so eingestellt werden, dass der Summenfarbort F1, F2, F3 auf einer, insbesondere großen Halbachse, einer MacAdam-Ellipse liegt. Die korrelierte Farbtemperatur (CCT) ändert sich dabei leicht, der Abstand zum Planckschen Kurvenzug ändert sich stark.
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V1, V2, V3 sind allgemein Beispiele aus einer kontinuierlichen Schar von Verbindungsgeraden, die durch die voneinander unabhängigen Betriebszustände der einzelnen LEDs gebildet werden. Ebenso sind auch F1, F2, F3 Beispiele aus einer kontinuierlichen Menge von Farbpunkten.
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Insgesamt müssen Kompromisse bei der Einstellung des Farborts (Summenfarborts) hinsichtlich einer Natürlichkeit, Farbkonstanz und Farbtemperaturkonstanz eingegangen werden.
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Die Einstellung des Farborts oder Summenfarborts kann beispielsweise mittels mindestens einer Kennlinie oder einer Nachschlagetabelle durchgeführt werden, aus denen für eine bekannte Temperatur T der LED(s) die elektrischen Ströme und/oder die Tastverhältnisse der LEDs bestimmbar sind, welche für eine Einstellung des gewünschten Farborts bei der Temperatur T benötigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lichtsensor vorhanden sein, mittels dessen der aktuelle Farbort des Mischlichts messbar ist, wobei der gemessene Farbort als ein Istwert für eine Regelung auf einen Sollwert des Farborts verwendet werden kann. Auch eine Verwendung von Helligkeitssensoren für die einzelnen LEDs und eine Berechnung des Summenfarborts ist möglich
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu beseitigen und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Einstellung eines Farborts eines Mischlichts einer Leuchtvorrichtung mit zwei getrennt ansteuerbaren Lichtquellen oder Gruppen davon mit unterschiedlicher Farbe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Halbleiterleuchtvorrichtung, wobei die Halbleiterleuchtvorrichtung Halbleiterlichtquellen mit mindestens zwei unterschiedlichen Farben aufweist und wobei zur Einstellung eines Farborts der Halbleiterleuchtvorrichtung mindestens eine Helligkeit der Halbleiterlichtquellen mittels einer Regel eingestellt wird. Die Regel (die auch als ein Regelalgorithmus, Regelcharakteristik oder als ein Algorithmus bezeichnet werden kann) kann insbesondere einen gewünschten Farbort (Summenfarbort) der Leuchtvorrichtung mit einer zum Erreichen des Farborts unter einem aktuellen Betriebszustand nötigen Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen korrelieren. Die Regel kann beispielsweise als Kennlinie(n) oder Tabelle gespeichert sein. Die Regel kann z. B. empirisch bestimmt worden sein.
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Die Helligkeit der Halbleiterlichtquellen wird ferner mittels mindestens zweier Regeln eingestellt, wobei mit Erreichen oder Überschreiten mindestens eines vorbestimmten Umschaltpunkts zwischen zweien der Regeln umgeschaltet wird. Es kann also dynamisch zwischen mehreren Regeln oder Regelcharakteristiken umgeschaltet werden. Für unterschiedliche Betriebszustandsbereiche kann so jeweils eine optimierte Regel oder ein optimiertes Regelverhalten erreicht werden. Es ergibt sich daraus auch der Vorteil, dass eine Einstellung des Farborts variabler gestaltet werden kann und so eine verbesserte Nutzerwahrnehmung möglich ist.
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Der Umschaltpunkt kann mit Erreichen oder Überschreiten mindestens eines vorbestimmten Umschaltpunkts umgeschaltet werden. Der Umschaltpunkt kann ein Punkt eines Wertebereichs eines oder mehrerer einen Betriebszustand charakterisierenden Parameter sein. Der Umschaltpunkt kann grundsätzlich von kleineren Werten zu größeren Werten des Wertebereichs ('von unten') erreicht oder überschritten werden, als auch von größeren Werten zu kleinern Werten des Wertebereichs ('von oben'). Es kann zwischen den Regeln auch mit Erreichen oder Überschreiten eines Umschaltpunkts von mehreren möglichen Umschaltpunkten umgeschaltet werden. Dabei kann eine Hysterese verwendet werden, um sprunghafte Änderungen zu vermeiden, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
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Das Erreichen oder Überschreiten des Umschaltpunkts zwischen den Regeln wird vorzugsweise von der Leuchtvorrichtung selbst erkannt.
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In einer möglichen Variante weist die Halbleiterleuchtvorrichtung Lichtquellen mit genau zwei unterschiedlichen Farben auf (bichrome Halbleiterleuchtvorrichtung). Da es zur Einstellung des Farborts hauptsächlich um eine Einstellung eines Verhältnisses der Helligkeiten der beiden Farben geht, mag es ausreichend sein, dass zur Einstellung eines Farborts der Halbleiterleuchtvorrichtung eine Helligkeit nur einer der Halbleiterlichtquellen (einer Farbe) durchgeführt wird bzw. die Regel mittels einer Helligkeitseinstellung der Halbleiterlichtquellen nur einer der beiden Farben erfüllt wird. Es kann zur verbesserten Einstellung der Gesamthelligkeit der Halbleiterleuchtvorrichtung vorteilhaft sein, dass zur Einstellung eines Farborts der Halbleiterleuchtvorrichtung eine Helligkeit der Halbleiterlichtquellen beider Farben durchgeführt wird.
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In einer weiteren möglichen Variante weist die Halbleiterleuchtvorrichtung Lichtquellen mit mehr als zwei unterschiedlichen Farben auf. Der Farbort in dem dann mindestens dreidimensionalen Farbraum kann ebenfalls mit dem beschriebenen Verfahren eingestellt werden, beispielsweise mehrfach oder mehrstufig angewandt. So können bei einer Halbleiterleuchtvorrichtung Lichtquellen mit drei unterschiedlichen Farben zunächst zwei Farben mittels des Verfahrens auf ihren gewünschten gemeinsamen Summenfarbort verschoben werden und folgend der Summenfarbort und die dritte Farbe mittels des Verfahrens auf den endgültigen Farbort eingestellt werden. Dies kann analog für vier und mehr Farben durchgeführt werden. Das Verfahren wird dabei unmittelbar für zwei Farben angewandt, kann jedoch verknüpft oder verschachtelt für mehr Farben angewandt werden. Das Verfahren kann iterativ durchgeführt werden.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Regeln aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche umfasst:
- a) Ein Einstellen des Farborts der Halbleiterlichtquelle auf eine Position auf einer Judd-Geraden. Dadurch kann die Leuchtvorrichtung mit einer konstanten korrelierten Farbtemperatur betrieben werden.
- b) Ein Einstellen des Farborts der Halbleiterlichtquelle auf eine Position auf einer Halbachse einer MacAdam-Ellipse, insbesondere einer großen Halbachse der MacAdam-Ellipse. Dadurch kann die Leuchtvorrichtung mit gleichabständigen Farbeindrücken betrieben werden.
- c) Ein Einstellen des Farborts der Halbleiterlichtquelle auf eine Position auf dem Planckschen Kurvenzug. Dies ermöglicht eine besonders natürlich wirkende Farbe.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Umschaltpunkt mit einer Temperatur an zumindest einer der Halbleiterlichtquellen (der Betriebstemperatur der Halbleiterlichtquelle) korreliert bzw. einer solchen Temperatur entspricht. Dadurch kann beispielsweise eine temperaturabhängige Farbdrift der Halbleiterlichtquelle(n) effektiver kompensiert werden. Insbesondere kann zwischen einer Regel für eine Aufwärmehase der Leuchtvorrichtung und einer Regel für eine thermisch eingeschwungene Betriebsphase unterschieden werden, was eine besonders flexible und betrachterfreundliche Farbortsteuerung ermöglicht.
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Der Umschaltpunkt kann insbesondere einer Betriebstemperatur entsprechen, welche eine untere Grenze einer nominellen Betriebstemperatur darstellt. Dadurch können auf eine besonders einfache Weise unterschiedliche Regeln für die Aufwärmehase und die thermisch eingeschwungene Betriebsphase angewandt werden. Die nominelle Betriebstemperatur kann beispielsweise von 80°C bis 90°C reichen. Ein bevorzugter Umschaltpunkt entspricht dann einer Betriebstemperatur von ca. 80°C.
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Es kann folglich eine vorteilhafte Ausgestaltung sein, dass bei einer Erwärmung der Halbleiterlichtquelle über eine bestimmte Betriebstemperatur (z. B. in einem Bereich von unter 40°C bis 90°C) von einem ersten Regelverhalten auf ein zweites Regelverhalten umgeschaltet wird (vorzugsweise mit Erreichen der nominellen Betriebstemperatur), und das zweite Regelverhalten dann für die eingeschaltete Leuchtvorrichtung für alle Temperaturbereiche beibehalten wird.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Umschaltpunkt mit einem Farbort, insbesondere Summenfarbort, korreliert. Dadurch kann das Umschalten optisch besonders präzise erfolgen. Der Farbort mag beispielsweise mittels eines dazu eingerichteten Lichtsensors abgefühlt werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Umschalten nur bei einem Erreichen aus einer oder einem Überschreiten in einer Richtung durchgeführt wird. Dadurch kann ein häufiges Hin- und Herschalten zwischen zwei Regeln vermieden werden, da die Leuchtvorrichtung nach dem Erreichen oder Überschreiten des Umschaltpunkts mit der gleichen Regel betrieben werden kann, und zwar auch, wenn der Umschaltpunkt von der anderen Richtung her erreicht oder überschritten wird.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Umschalten zwischen zwei Regeln einmal für eine Einschaltdauer der Leuchtvorrichtung durchgeführt wird. Dadurch kann insbesondere eine Anwendung nur einer Regel für die thermisch eingeschwungene Betriebsphase nach einer vorangegangenen Aufwärmehase oder anderweitigen Initialphase sichergestellt werden. Nach Ausschalten der Leuchtvorrichtung kann erneut zwischen den zwei Regeln umgeschaltet werden.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Umschalten bei einem Erreichen aus beiden oder einem Überschreiten in beide Richtungen durchgeführt wird (also bei einem Erreichen oder Überschreiten des Umschaltpunkts von unten als auch von oben). So kann das Einstellen des Farborts besonders gut an Änderungen mindestens eines Betriebszustands angepasst werden.
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Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das Umschalten abhängig von der Richtung bei unterschiedlichen Umschaltpunkten durchgeführt wird. Durch eine solche ”Hysterese” kann ein häufiges Umschalten zwischen zwei Regeln vermieden werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die beiden Umschaltpunkte eine Hysterese von ca. 5°C bis 10°C bilden. Dadurch kann für den Fall eines Umschaltens in beide Richtungen bei einem noch ausreichend fein definierten Umschalten ein häufiges Hin- und Herschalten zwischen zwei Zuständen für den Fall eines Umschaltens in beide Richtungen vermieden werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Farbort zunächst auf eine Position auf dem Planckschen Kurvenzug eingestellt wird und mit einem Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Farbtemperatur und/oder der Temperatur an zumindest einer der Halbleiterlichtquellen auf eine Position auf einer Judd-Geraden umgeschaltet wird. Dieses Umschalten kann den Vorteil ergeben, dass bei einer Aufwärmehase der Leuchtvorrichtung diese ein glühlampenähnliches Farbverhalten zeigt und erst ab einem Erreichen einer vorbestimmten Betriebstemperatur, insbesondere kurz vor oder mit einem Erreichen einer nominellen Betriebstemperatur (welche z. B. zwischen 80°C und 90°C liegt) eine konstante Farbtemperatur beibehält. Insbesondere kann (falls das Umschalten zwischen den zwei Regeln nur einmal für die Einschaltdauer der Leuchtvorrichtung durchgeführt wird) bei einer hohen oder zu niedrigen Betriebstemperatur die Farbtemperatur danach trotzdem konstant bleiben.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Farbort zunächst auf eine Position auf einer Halbachse einer MacAdam-Ellipse eingestellt wird und mit einem Erreichen oder Überschreiten eines Schnittpunkts mit dem Planckschen Kurvenzug auf eine Position auf einer Judd-Geraden umgeschaltet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei der MacAdam-Regelung Farbveränderungen nur minimal sichtbar sind, z. B. bei niedrigen Betriebstemperaturen der LED(s) unter der minimalen nominellen Betriebstemperatur von z. B. 80°C, nach Umschalten auf die Judd-Regelung die Farbtemperatur aber dann nicht ansteigt, z. B. bei erhöhten Betriebstemperaturen von beispielsweise über 80°C.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass zwischen den zwei Regeln bei einer Betriebstemperatur an zumindest einer der Halbleiterlichtquellen kurz vor einem Erreichen eines nominellen Betriebstemperaturbereichs, insbesondere beginnend bei einer Betriebstemperatur von über 80°C, umgeschaltet wird, insbesondere bei ca. 80°C. Dadurch kann ein Farbort der Leuchtvorrichtung vorteilhafterweise mittels unterschiedlicher Regeln für eine thermisch eingeschwungene Betriebsphase und eine andere Betriebsphase, insbesondere eine Aufwärmehase, eingestellt werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Farbort zunächst auf eine Position auf einer Halbachse einer MacAdam-Ellipse eingestellt wird und mit einem Erreichen oder Überschreiten eines Schnittpunkts mit dem Planckschen Kurvenzug auf eine (nämlich die gerade mögliche) Position auf der Planckschen Kurve umgeschaltet wird. Dadurch kann die Leuchtvorrichtung beispielsweise bei niedrigen LED-Betriebstemperaturen so eingestellt oder eingeregelt werden, dass die Farbabweichungen des aktuellen (Summen-)Farborts minimal sind. Wenn die LEDs wärmer werden, wird auf den Planckschen Kurvenzug geregelt. Dadurch werden bei höheren Temperaturen beispielsweise vermehrt gelbe und/oder grüne LEDs verwendet werden, welche einen geringeren Lichtstromrückgang zeigen als orangefarbene und/oder rote LEDs. Dadurch kann auch bei erhöhten Temperaturen (z. B. bei einer LED-Betriebstemperatur von 100°C) ein höherer Lichtstrom erreicht werden als bei einer Regelung z. B. nur auf der Judd-Geraden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Farbregelvorrichtung, wobei die Farbregelvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
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Die Farbregelvorrichtung kann z. B. ein funktionaler Teil eines Treibers für die Halbleiterlichtquellen sein.
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Die Farbregelvorrichtung kann z. B. mit einem Temperatursensor zum Abfühlen einer Betriebstemperatur mindestens einer der Halbleiterlichtquellen gekoppelt sein oder einen solchen Sensor aufweisen.
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Die Farbregelvorrichtung kann z. B. einen Speicher zum Speichern eines Regelalgorithmus' umfassen.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform;
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6 zeigt den Ausschnitt aus dem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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7 zeigt den Ausschnitt aus dem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform.
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform. Dieses Verfahren unterstützt ein natürlich erscheinendes Aufwärmeerhalten einer Leuchtvorrichtung mit Leuchtdioden oder Gruppen davon mit zwei unterschiedlichen Farben.
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Bei kalten Leuchtdioden mit einer anfänglichen Betriebstemperatur T1 von weniger als 40°C (z. B. Raumtemperatur), beispielsweise in einer Anfangsphase oder Aufwärmehase nach einem Einschalten der Leuchtvorrichtung, wird zunächst ein Farbort auf dem Planckschen Kurvenzug P eingestellt (Planck-Regel) und somit mit steigender Betriebstemperatur eine Lichtfarbe wie bei thermischen Strahlern (z. B. Glühlampen) erzeugt. Dies ist hier beispielhaft für den der Betriebstemperatur T1 zugehörigen Farbort F1 auf der Verbindungsgeraden V1 dargestellt.
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Mit Erreichen einer als dem Umschaltpunkt gewählten Farbtemperatur (z. B. einer korrelierten Farbtemperatur CCT von 3000 K, in diesem Beispiel erreicht bei einer Betriebstemperatur der LED(s) von 80°C) wird danach auf einen Ort auf einer Judd-Geraden J (für z. B. 3000 K) geregelt (Judd-Regel). Der Umschaltpunkt entspricht hier dem Farbort F2 bei der minimalen Betriebstemperatur von T2 = 80°C. Ein Farbort auf der Judd-Geraden J wird sich in einem typischen Bereich einer Betriebstemperatur zwischen T = 80°C und T = 100°C, entsprechend zwischen den Farborten F2 und F3, befinden. Die aufgewärmten Leuchtdioden behalten dann eine konstante Farbtemperatur und fügen sich harmonisch in ein Ensemble mit anderen Quellen ein.
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Dieser Verfahrensablauf umfasst in anderen Worten, dass in der Aufwärmehase von hier beispielhaft einer LED-Betriebstemperatur zwischen weniger als 40°C und 80°C die Leuchtvorrichtung ein glühlampenähnliches Farbverhalten zeigt. Ab Erreichen des Umschaltpunkts kurz vor oder mit Erreichen der minimalen nominellen Betriebstemperatur von z. B. ca. 80°C strahlt die Leuchtvorrichtung mit einer konstanten Farbtemperatur. Bei zu hoher Betriebstemperatur (z. B. von mehr als 90°C, was einem Überschreiten der maximalen nominalen Betriebstemperatur entspricht) oder bei zu niedriger Betriebstemperatur (z. B. von weniger als 80°C, was einem Unterschreiten der minimalen nominalen Betriebstemperatur entspricht) bleibt die Farbtemperatur trotzdem konstant. Dazu wird nur von der Planck-Regel auf die Judd-Regel umgeschaltet, aber nicht umgekehrt, was einem Umschalten zwischen den zwei Regeln nur einmal für eine Einschaltdauer der Leuchtvorrichtung entspricht, und zwar in einer Richtung von unten (aus einem Teilbereich niedrigerer Temperaturwerte in einen Teilbereich höherer Temperaturwerte als am Umschaltpunkt).
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6 zeigt den Ausschnitt aus dem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dieses Verfahren unterstützt ein minimal wahrnehmbares Aufwärmverhalten einer Leuchtvorrichtung mit Leuchtdioden oder Gruppen davon mit zwei unterschiedlichen Farben.
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Bei kalten Leuchtdioden wird nun zunächst ein Farbort auf einer MacAdam-Halbachse eingestellt (was einer MacAdam-Regel entspricht), was hier beispielhaft durch den Farbort F1 dargestellt ist. Die MacAdam-Halbachse schneidet den Planckschen Kurvenzug P, wobei der Schnittpunkt (welcher dem Farbort F2 entspricht) einer gewünschten Zielfarbtemperatur entspricht. Bei oder nach einem Erreichen des Planckschen Kurvenzugs P beim Farbort F2 wird auf eine Einstellung eines (temperaturabhängigen) Farborts auf der der Zielfarbtemperatur zugehörigen Judd-Geraden J umgeschaltet. Bis zum Erreichen der Zielfarbtemperatur ergibt sich durch die Anwendung der MacAdam Regel eine minimal sichtbare Farbverschiebung, danach durch die Anwendung der Judd-Regel eine konstante Farbtemperatur. Dies entspricht in anderen Worten einer MacAdam-Regel(ung) oder -Einstellung bei einer Betriebstemperatur bis zu einer nominellen Betriebstemperatur, gefolgt von einem Umschalten auf die Judd-Regel(ung) oder -Einstellung.
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7 zeigt den Ausschnitt aus dem CIE-Diagramm für ein Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform. Dieses Verfahren unterstützt einen minimalen Lichtstromverlust in einer anfänglichen Aufwärmehase einer Leuchtvorrichtung mit Leuchtdioden oder Gruppen davon mit zwei unterschiedlichen Farben.
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Bei kalten Leuchtdioden wird ein Farbort, z. B. F1, auf der MacAdam-Halbachse eingestellt (MacAdam-Regel). Sobald mit steigender Betriebstemperatur der Plancksche Kurvenzug P bei einem Farbort F2 geschnitten wird, wird auf dem Planckschen Kurvenzug P weitergeregelt (Planck-Regel), wie hier zwischen den Farborten F2 und F3 dargestellt.
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Dadurch kann die mindestens eine LED einer ersten Farbe (z. B. gelbe, grüne oder gelb-grüne LEDs, welche einen vergleichsweise hohen Lichtstrom liefert oder liefern, vermehrt oder verstärkt eingeschaltet werden im Vergleich zu mindestens einer LED einer zweiten Farbe (z. B. orangefarbene, rote oder orange-rote LEDs). Dadurch werden bei höheren Temperaturen vermehrt die LEDs der ersten Farbe verwendet, die einen geringeren Lichtstromrückgang zeigen als die LEDs der zweiten Farbe. Dadurch kann auch bei erhöhten Temperaturen (z. B. einer LED-Betriebstemperatur von 100°C) ein höherer Lichtstrom erreicht werden als bei einer Anwendung einer Judd-Regel.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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So können auch mehr als zwei Regeln verwendet werden. Auch sind andere Regeln als die beschriebenen Regeln anwendbar.
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Zudem ist das Verfahren auch auf mehr als zwei Farben bzw. Halbleiterleuchtvorrichtungen mit mehr als zwei Farben anwendbar, und zwar beispielsweise so, dass für einen Farbort z. B. in einem dreidimensionalen Farbort erst der gewünschte Summenfarbort in einem zweidimensionalen Farbraum (für zwei Farben) eingestellt wird, und dann in einem weiteren zweidimensionalen Farbraum, wobei die Achsen nun die dritte Farbe einerseits und die zuvor eingestellte Summenfarbe andererseits darstellen. Die beiden zweidimensionalen Farbräume können insgesamt den dreidimensionalen Farbraum der drei ursprünglichen Farben bilden oder aufspannen.
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Bezugszeichenliste
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- V1
- Verbindungsgerade
- V2
- Verbindungsgerade
- V3
- Verbindungsgerade
- T
- LED-Temperatur
- T1
- Temperatur
- T2
- Temperatur
- T3
- Temperatur
- F1
- Farbort
- F2
- Farbort
- F3
- Farbort
- M
- MacAdam-Ellipse
- P
- Planckscher Kurvenzug
- J
- Judd-Gerade
