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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul mit mindestens einer auf einer Trägerplatte aufgebrachten LED.
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Stand der Technik
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Licht emittierende Dioden (LEDs) werden für unterschiedlichste Anwendungen, insbesondere zur Beleuchtung, eingesetzt. Dazu werden sie regelmäßig auf einer Trägerplatte, zum Beispiel einer Platine, montiert, in Verbindung mit der bzw. über die sie gekapselt, weitermontiert und auch gekühlt werden können. Für eine solche Trägerplatte mit mindestens einer LED darauf, das heißt insbesondere einem LED-Chip, wird hier der Begriff LED-Modul verwendet.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein LED-Modul mit einer LED auf einer Trägerplatte hinsichtlich seiner Gebrauchseigenschaften zu verbessern.
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Dazu richtet sich die Erfindung auf ein LED-Modul nach Anspruch 1 sowie auf eine vorteilhafte Verwendung desselben. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Übrigen in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden ebenfalls näher erläutert. Dabei beziehen sich die einzelnen Merkmale auf das LED-Modul, die Verwendungen und grundsätzlich auch auf ein Verfahren zur Lichterzeugung mit dem LED-Modul, ohne dass explizit zwischen den verschiedenen Kategorien unterschieden wird.
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Erfindungsgemäß weist das LED-Modul eine LED auf einer Trägerplatte auf, wobei die LED auf einer LED-Montageseite der Trägerplatte angebracht ist, also zum Beispiel in der gewöhnlichen Darstellungsweise auf der Oberseite. Sie kann auf dieser LED-Montageseite auch indirekt angebracht sein, beispielsweise über einen zwischen der LED und der Trägerplatte angeordneten weiteren Träger, und damit gewissermaßen auch über der LED-Montageseite der Trägerplatte angeordnet sein. Zusätzlich ist erfindungsgemäß ein Sensor zum Erfassen von Licht vorgesehen, das von der LED abgestrahlt wird. Dieser Sensor soll erfindungsgemäß relativ zu der LED-Montageseite abgesenkt montiert sein, wobei sich der in dem Wort „abgesenkt“ enthaltene Inhalt „nach unten“ auf die bereits erwähnte, hier nur zu Illustrationszwecken gewählte Bezeichnung der LED-Montageseite als Oberseite bezieht. „Abgesenkt“ bedeutet also in Richtung zur anderen Seite der Trägerplatte hin. Dabei soll der Sensor durch ein Loch abgesenkt montiert sein. In anderen Worten soll der Sensor wegen des Lochs, also als Konsequenz der Existenz dieses Lochs abgesenkt montiert sein, insbesondere in dem Loch und dadurch abgesenkt oder auf der zur LED-Montageseite entgegengesetzten Seite „unter“ dem Loch (also so, dass er durch das Loch hindurch Licht der LED von der Gegenseite erfassen kann). Vorzugsweise ist das Loch dabei ein Durchgangsloch, es kann aber auch ein Sackloch, also eine Vertiefung in der LED-Montageseite der Trägerplatte sein.
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Die abgesenkte Montage des Sensors erlaubt je nach Anwendungsfall unterschiedliche bzw. unterschiedlich wichtige Vorteile:
Erstens kann der Sensor durch die Innenwände des Lochs ähnlich wie durch eine Blende von Störlicht oder auch anderen störenden Einflüssen von der Seite her abgeschirmt werden. Das Loch dient dabei also als Blende oder Lichtschacht.
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Zweitens kann der Sensor eine nicht unwesentliche Montagefläche in Anspruch nehmen und insbesondere bei Anordnung auf der entgegengesetzten Seite unter dem Loch größer als das Loch ausfallen. Das Loch muss dann also nur den Messbereich des Sensors freihalten und der Sensor selbst kann flächig über das Loch hinausragen. Damit wird Baufläche auf der LED-Montageseite gespart.
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Drittens kann der Sensor in bestimmten Fällen aber auch eine maßgebliche Bauhöhe aufweisen. Er kann dann bei Montage in dem Loch mit dieser Bauhöhe auf der LED-Montageseite nicht mehr ins Gewicht fallen, eben weil er abgesenkt ist, oder jedenfalls um die Absenkungsstrecke niedriger sein, also um diese Strecke weniger über die LED-Montageseite nach oben hinausragen. Wenn der Sensor auf der „Unterseite“ angeordnet ist, fällt seine Montagehöhe auch auf dieser Seite an. Damit ist jedenfalls die Gesamtgeometrie auf der LED-Montageseite, die auch wegen der Lichtabstrahlung der LEDs und der Lichtführung durch einen besonders hohen Sensor beeinträchtigt sein könnte, von der Sensorbauhöhe unberührt.
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Viertens können zum Beispiel von Ansteuersignalen der LEDs elektromagnetische Störungen ausgehen, die den Sensor beeinträchtigen. In einer abgesenkten Montageposition ist er durch die Trägerplatte stärker abgeschirmt; das gilt erst recht für eine Anordnung auf der zur LED-Montageseite entgegengesetzten „Unterseite“ der Trägerplatte.
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Insbesondere existieren abschirmenden Trägerplatten, zum Beispiel Metallkernplatinen, die in diesem Zusammenhang sehr von Vorteil sein können. Aber schon die Vergrößerung des räumlichen Abstands allein kann die Störungseinkopplung verringern. Die beschriebenen Vorteile sind hier beispielhaft dargestellt und müssen nicht gleichzeitig erzielt werden; die erfindungsgemäße Anordnung bietet vielmehr grundsätzlich einen größeren Gestaltungsspielraum und kann anwendungsspezifisch auch zu anderen zusätzlichen oder an die Stelle der erwähnten Vorteile tretenden technischen Funktionen führen.
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Bei der hier sogenannten Trägerplatte kann es sich um eine einen LED-Chip tragende Platine handeln, wobei mit LED-Chip das eigentliche einzelne Halbleiterbauelement, also das gehäuste Stück Halbleiter, gemeint ist. Die Erfindung betrifft aber auch Fälle, in denen der Begriff LED aus den Ansprüchen nicht den LED-Chip selbst sondern eine diesen und eine Montageeinheit darunter (Substrat, submount etc.) umfassende Einheit bezeichnet, sodass der Begriff der Trägerplatte auch andere Montageplatten als die eigentliche Platine bezeichnen kann. Der bevorzugte Fall betrifft allerdings den LED-Chip als LED im Sinne der Ansprüche und die Platine als Trägerplatte.
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Vorzugsweise ist der Sensor auch mit seiner Oberseite gegenüber der LED-Montageseite abgesenkt montiert, also nicht nur mit seiner Unterseite abgesenkt. Damit liegt also die Sensoroberseite (in Richtung der Abstrahlrichtung der LED) gegenüber der LED-Montageseite vertieft. Die bereits geschilderten Vorteile lassen sich so im besonderen Maß erzielen.
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Der Sensor erzeugt ein die Lichtabstrahlung der LED in irgendeiner Weise charakterisierendes Signal, das zum Beispiel zum Steuern oder Regeln des LED-Chips verwendet werden kann. Zum Beispiel können auch Kalibrierungsmessungen mit dem integrierten Sensor durchgeführt werden. Auf bevorzugte Anwendungen wird noch näher eingegangen.
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Vorzugsweise ist die LED unmittelbar auf der Trägerplatte aufgebracht. Zwischen der LED und der Trägerplatte bzw. Platine ist eine flächige Verbindung gegeben, zum Beispiel kann die LED auf der Trägerplatte aufgeklebt oder aufgelötet sein, so dass sie nur durch das für diese flächige Verbindung verantwortliche Material getrennt sind. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein sich in der Form anpassendes und flächig zwischen LED und Platine eingebrachtes Material, vorzugsweise eines, das in fließfähiger Form verwendet wird und dann erstarrt.
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Der Sensor ist vorzugsweise in dem Sinn integriert, dass er entweder in direktem Kontakt mit der Trägerplatte steht oder innerhalb des Außenrandes (der flächigen Erstreckung in der Haupterstreckungsebene) der Trägerplatte angebracht ist und dabei LED-Licht erfassen kann. Vorzugsweise ist der Sensor dabei unter der Licht emittierenden Fläche des LED-Moduls integriert, wobei das Wort „unter“ sich auf eine Richtung von der Licht emittierenden Fläche aus senkrecht auf die Trägerplatte bezieht.
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Wenn von der Erfassung von LED-Licht durch den Sensor die Rede ist, so ist damit zum einen direkt von der LED abgestrahltes Licht gemeint, das zum Beispiel reflektiert sein kann. Es soll aber auch konvertiertes Licht inbegriffen sein, das durch einen Leuchtstoff erzeugt wurde, der durch das LED-Licht angeregt wurde. Der Leuchtstoff kann in der LED integriert sein, das ist jedoch nicht notwendig und die Ausführungsbeispiele zeigen andere Varianten.
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Der Begriff „Licht“ beschreibt in dieser Anmeldung summarisch sichtbares Licht, Infrarotstrahlung und Ultraviolettstrahlung, wobei sichtbares Licht bevorzugt ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei LED auf derselben Trägerplatte vorgesehen. Sie haben vorzugsweise unterschiedliche Farben und sollen gemeinsam betrieben werden, um eine Mischfarbe zu erzeugen. Dies bezieht sich natürlich insbesondere auf die an sich bekannten RGB-Anwendungen mit drei LED-Chips. Alle diese LED-Chips sollen erfindungsgemäß auf derselben Trägerplatte angebracht sein, an der auch der Sensor angebracht ist.
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Der Sensor kann vorzugsweise eine Mischung des LED-Lichts der verschiedenen LED erfassen. Zum Beispiel können damit Kalibrierungen hinsichtlich Fabrikationsstreuungen und Ähnlichem durchgeführt werden. Insbesondere können aber auch im Betrieb auftretende Schwankungen, insbesondere temperaturbedingte Schwankungen der Farbwerte des gemischten Lichts, erfasst werden. Zum Beispiel kann man die Einhaltung bestimmter Toleranzwerte überwachen oder auch eine Steuerung oder Regelung durchführen.
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Der Sensor kann dementsprechend einen Farbfilter aufweisen (und zum Beispiel als Fotodiode ausgeführt sein) und natürlich auch aus einer Mehrzahl einzelner Sensoren mit jeweiligen Farbfiltern bestehen. Es können natürlich auch eine Mehrzahl getrennter Sensoren erfindungsgemäß integriert sein, die hier zum Beispiel jeweils für eine Farbe zuständig sind.
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Insbesondere kann der Sensor ein sogenannter optischer Farbsensor sein, der direkt die fertigen X-, Y- und Z-Farbwerte ausgibt und damit Aufwand für weiterverarbeitende Elektronik spart. Gerade bei solchen integrierten optischen Farbsensoren kommen die eingangs erwähnten Vorteile der Erfindung hinsichtlich der Baufläche und/oder Bauhöhe zum Tragen.
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Bei einer Variante der Erfindung kann eine diffuse Schicht, insbesondere eine diffus reflektierende Schicht, zum Umlenken von LED-Licht zu dem Sensor vorgesehen sein, zum Beispiel eine Leuchtstoffschicht oder eine diffuse Reflektorschicht. An dieser Schicht diffus reflektiertes oder anderweitig zurück gelenktes Licht wird vom Sensor zum Teil erfasst und gemessen und kann direkt von der (den) LED(s) erzeugtes oder auch konvertiertes Licht sein, etwa von einer Leuchtstoffschicht direkt auf dem LED-Chip konvertiertes und an einer Reflektorschicht diffus reflektiertes Licht oder durch Konversion in der Leuchtstoffschicht als diffuse Schicht zurückgelenktes Licht. Der diffuse Charakter verbessert die Mischung, und zwar insbesondere bei der Erfassung von LED-Licht aus einer Mehrzahl von LEDs.
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Die Integration des Sensors muss nicht zwingend die gleiche Direktheit der Verbindung zur Trägerplatte bzw. Platine bedeuten wie bei dem oder den LED-Chips. Der Sensor kann in vorteilhafter Weise auf einem eigenen Träger und über diesen mittelbar an der Trägerplatte angebracht sein. Dies kann die Montage vor allem am unteren Ende eines Durchgangslochs durch die Trägerplatte erleichtern. Ferner kann die Störungseinkopplung verringert werden, weil ein Teil derselben auch durch die Trägerplatte selbst vermittelt wird.
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Zusätzlich zu dem Loch des Sensors kann ein weiteres Loch durch die Trägerplatte vorgesehen sein, um ein Durchkontaktieren des Sensors zu erleichtern. Damit kann also eine Sensorleitung auf der der LED-Montageseite abgewandten Seite außerhalb des Durchgangslochs für den Sensor geführt und durch ein separates Loch auf die LEDMontageseite und dort zum Beispiel zu einem Steckkontakt geleitet werden.
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Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen transluzenten, vorzugsweise transparenten Einkoppelkörper vor, der auf der Empfangsseite des Sensors vorgesehen ist, also im Sprachgebrauch dieser Anmeldung „über“ dem Sensor, und diesem Licht zuführt. Er weist an einer Oberseite, also einer dem Sensor entgegengesetzten Seite, einen Diffusor und/oder Reflektor auf, um LED-Licht zu dem Sensor zu reflektieren und dabei gegebenenfalls zusätzlich zu streuen. Der Einkoppelkörper kann das LED-Licht an seinen Seitenmantelflächen aufnehmen. Vorzugsweise führt er das an dem Diffusor bzw. Reflektor reflektierte Licht dann insoweit winkelselektiv dem Sensor zu, als er lichtwellenleiterähnlich reflektiertes Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs totalreflektiert und Licht außerhalb dieses Bereichs absorbiert oder (teilweise) nach außen abgibt. Dadurch kann eine Winkelselektion im Sinne eines möglichst vertikalen Einfalls des Lichts auf die Sensoroberfläche vollzogen werden.
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In diesem Zusammenhang ist zusätzlich eine Blendenhülle in einem unteren Bereich der Seitenmantelflächen möglich, die gegen unerwünschte Lichteinkopplung schützt. Dies betrifft insbesondere direkt von der oder den LED-Chips abgegebenes Licht, das nicht, wie das eigentlich zu messende Licht, an einer Streu- oder Leuchtstoffschicht (außerhalb des Einkoppelkörpers) reflektiert oder konvertiert worden ist. Zur Illustration wird auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Vorzugsweise ist der Einkoppelkörper im Verhältniszu der lichtabstrahlenden Fläche des LED-Moduls relativ hoch, vorzugsweise mit einer Gesamthöhe über der Abstrahlfläche zwischen einem Achtel des mittleren Durchmessers dieser Abstrahlfläche und dem Durchmesser selbst. Eine bevorzugte Untergrenze liegt bei einem Viertel und eine bevorzugte Obergrenze bei Dreiviertel dieses mittleren Durchmessers. Die Abstrahlfläche ist dabei die das effektive Nutzlicht abstrahlende Fläche, also entweder der mittlere Durchmesser einer Anordnung von LEDs oder auch der mittlere Durchmesser einer Leuchtstoffschicht über einer solchen Anordnung. Es geht letztlich um die Fläche, die das für die Messung durch den Sensor relevante Licht erzeugt und die angegebene Höhe bemisst sich relativ zu dieser Fläche. Bei einer im Wesentlichen kreisförmigen Fläche ist vom Durchmesser auszugehen, bei anderen Geometrien von einem Mittelwert.
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Diese Höhenabmessung hat den Vorteil, dass die Beiträge von verschiedenen Teilen der Abstrahlfläche und / oder von verschiedenen LEDs weniger unterschiedlich erfasst werden und gleichzeitig die Höhe des LED-Moduls begrenzt bleibt. Infolge des unterschiedlichen Abstands zur Mitte der Abstrahlfläche bzw. zum Einkoppelkörper kommen durchaus unterschiedliche Gewichtungen relativ naher und relativ weit entfernter LEDs oder Teile der Abstrahlfläche vor. Durch die Höhe des Einkoppelkörpers verringern sich diese Unterschiede. Insbesondere werden in dem Einkoppelkörper, wie anhand der Ausführungsbeispiele deutlicher wird, vor allem die mit einem größeren Winkel zur LED-Montageseite und in einer relativ großen Höhe eingekoppelten Lichtstrahlen zum Sensor weitergeleitet, weil nur diese tatsächlich zu einer diffusen Streuung an der Oberseite des Einkoppelkörpers gelangen und den Einkoppelkörper nicht einfach durchdringen. Umgekehrt sorgt ein relativ hoher Einkoppelkörper dafür, dass den Sensor damit nur der Teil an der Oberseite des Einkoppelkörpers diffus gestreuten Lichts erreicht, der weitgehend vertikal nach unten gerichtet ist. Dies ist von Vorteil, weil insbesondere optische Farbsensoren hinsichtlich ihrer Messgenauigkeit von einem weitgehend vertikalen Lichteinfall abhängen.
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Im Übrigen kann der Sensor mit einem Neutralfilter vor zu starker Lichteinkopplung geschützt werden, wenn entsprechender Bedarf besteht. Auch dies ist in den Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Das Sensorsignal kann in vorteilhafter Weise zum Konstantregeln des abgegebenen Lichtstroms zumindest eines LED-Chips genutzt werden, und bei der bevorzugten Verwendung von zumindest zwei LED-Chips insbesondere zur Konstantregelung einer Mischfarbe. Daneben sind natürlich auch andere Steuer- oder Regelanwendungen denkbar, etwa zugunsten einer Anpassung einer Mischfarbe, zum Beispiel der Farbtemperatur eines Weißtons, an eine veränderliche Vorgabe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die 1 bis 5 zeigen in einer schematischen Schnittansicht jeweils ein Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt ein LED-Modul mit einer Trägerplatte 1 und zwei darauf angebrachten LED-Chips 2. Diese sind aufgelötet, also mit ihrer in 1 nach unten weisenden Seite durch ein Lot flächig mit der nach oben weisenden LED-Montageseite der Trägerplatte 1 verbunden. Vorliegend sind zwei LED-Chips eingezeichnet, die jedoch stellvertretend für drei LED-Chips (RGB-Farbmischung) stehen. Diese drei LED-Chips 2 sind symmetrisch um einen mittigen optischen Farbsensor 3 herum angeordnet, also in gleichem Abstand und zueinander in 120°-Winkeln in Bezug auf diese Mitte. In 1 ist dies nicht dargestellt sondern ist stellvertretend dafür eine symmetrische Anordnung von zwei LED-Chips unter 180° gezeichnet.
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Die LED-Chips 2 und der Farbsensor 3 sind in einem transparentem Material, insbesondere einem klaren Silikonmaterial, eingegossen, das in 1 mit 4 bezeichnet und in einer Ringwand 5, in die es eingegossen wurde, gehalten ist. Die Ringwand kann zum Beispiel aus weißem Kunststoff oder Silikon mit weißen Streupartikeln, etwa aus Titanoxid, bestehen.
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Darauf ist eine diffuse Schicht 6 abgeschieden. Die diffuse Schicht 6 kann zum Beispiel eine Leuchtstoffschicht sein, die durch Licht zumindest eines LED-Chips 2 angeregt wird und das Licht konvertiert. Sie streut außerdem in einem gewissen Umfang das von den LED-Chips 2 erzeugte Licht zurück, und zwar unter anderem auf den Farbsensor 3. Auch das von der Leuchtstoffschicht konvertierte Licht erreicht den Farbsensor 3 in einem gewissen Umfang. Damit kann der Farbsensor 3 ein für den Farbwert der Mischfarbe repräsentatives Signal liefern. Statt als Leuchtstoffschicht kann die diffuse Schicht 6 zum Beispiel auch eine reine Streuschicht sein oder eine aus feinen Partikeln bestehende Reflektorschicht. Auch ist eine aufgeraute Oberfläche (ohne separate Schicht) mit gewissen Rückstreueigenschaften denkbar.
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Ferner ist auf dem Farbsensor 3 ein Neutralfilter 7 zur Reduktion der einfallenden Lichtintensität hinzugefügt, der vor dem Vergießen mit dem Klarsilikon 4 aufgebracht wird und an sich vorbekannt ist. Grundsätzlich könnte ein solcher Filter 7 auch durch das Hinzufügen geeigneter Materialien zu einem dem Filter 7 entsprechenden Bereich des Klarsilikons erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß zeigt 1 den Farbsensor 3 in einer abgesenkten Position. Dazu weist die Trägerplatte 1 an der entsprechenden Stelle ein hier durchgehendes Loch 8 auf. An der Unterseite der Trägerplatte 1 ist ein dieses Loch 8 überdeckender Träger 9 für den Farbsensor 3 angebracht, zum Beispiel aufgeklebt, und hält den Farbsensor 3 abgesenkt in dem Loch 8. Damit ist der Farbsensor 3 durch einen größeren räumlichen Abstand und durch die (in diesem Fall Löt-)Montage auf dem Träger 9 (und damit nicht direkt auf der Trägerplatte 1) stärker von den LED-Chips 2 entkoppelt. Im Übrigen bildet das Loch 8, genauer gesagt bilden seine Seitenwände, eine gewisse blendenartige Abschirmung gegen von der diffusen Schicht 6 reflektiertes oder konvertiertes Licht. Wenn der Sensor 3 wie bei diesen Beispielen zur Farbwertmessung eingesetzt wird, ist ein möglichst lotgerechter Einfall von Vorteil. Zu stark vom lotgerechten Einfall abweichende Strahlen werden, wie 3 (obwohl nicht maßstäblich) veranschaulicht, abgeblockt. Dies gilt natürlich besonders bei relativ knapper Einpassung des Farbsensors 3 in dem Loch 8 bzw. bei besonders knapper Durchmesserwahl des Lochs 8. Im Übrigen könnte der Farbsensor 3 bei genauer Passung auch direkt in das Loch 8 montiert sein, also mit seinen Seitenrändern an den Innenmantelflächen des Lochs 8 oder auch an einem das Loch 8 direkt umgebenden schmalen Streifen der Rückseite der Trägerplatte 1 angebracht (zum Beispiel angeklebt) sein.
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2 zeigt eine Variante zu 1, wobei für entsprechende Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet wurden. Im Unterschied zur 1 ist hier der Farbsensor 3 mit seiner Oberseite an die Unterseite der Trägerplatte 1 angeklebt. Dabei ist wieder der lichtempfindliche Bereich frei gelassen (wobei die Figuren nicht maßstäblich sind und der Farbsensor hinsichtlich flächenmäßiger wie auch vertikaler Baugröße deutlich abweichen kann. Hier ist der Träger 9 erneut eingezeichnet, weil er zum Beispiel für die Kontaktierung des Sensors 3 notwendig sein kann. Rein montagetechnisch wäre die Variante aus 2 natürlich auch ohne den Träger 9 denkbar. Im Übrigen ist hier der Graufilter 7 weggelassen. Ansonsten gelten die Aussagen zu 1.
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3 zeigt eine weitere Variante. Hier ist über dem Farbsensor 3 ein transparenter Einkoppelkörper 10 vorgesehen, der eine aufrechte Stabform hat und im Grundriss ungefähr der empfindlichen Fläche des Farbsensors 3 entspricht. Wie schon erläutert geht es hier weniger um die Erfassung von LED-Licht, das durch die diffuse Schicht 6 zurückreflektiert wurde, als vielmehr um von der Schicht 6 nach oben abgestrahltes Licht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also die Reflektivität der Schicht 6 nicht sehr relevant sondern geht es nur um eine gewisse Diffusivität der Abstrahlung in Transmission. Damit trifft ein Teil des abgestrahlten Lichts über die Seitenmantelflächen des Einkoppelkörpers 10 auf dessen Oberseite, die mit einer diffus reflektierenden Schicht 11 versehen ist. Die Reflexion an dieser unterstützt weiter die Farbmischung. Von dem an der Schicht 11 reflektierten Licht verlässt ein Teil wieder über die Seitenmantelflächen den Einkoppelkörper 10 und der lotnächste Teil tritt nach unten durch die Unterseite des Einkoppelkörpers 10 aus und trifft auf den Farbsensor 3.
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Ferner erreichen vor allem solche Lichtstrahlen die diffuse Schicht 11, die in einer gewissen Höhe in den Einkoppelkörper 10 eintreten, weil tiefer bzw. flacher eintretende Lichtstrahlen tendenziell eher den Einkoppelkörper auf der entgegengesetzten Seite wieder verlassen. Es ist also vor allem der höhere Anteil der Seitenmantelfläche des Einkoppelkörpers relevant.
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Im Übrigen hat der Einkoppelkörper 10, wie in der 3 eingezeichnet, insgesamt bis zur Unterkante der diffusen Schicht 11 eine Höhe h, die etwa die Hälfte (hier 55%) des Durchmessers d der Leuchtstoffschicht 6 beträgt. Dies hat sich als ein sinnvolles Größenverhältnis herausgestellt. Durch die Höhe h treten Unterschiede in der Lichtabstrahlung der Leuchtstoffschicht 6 (also der Abstrahlfläche des LED-Moduls) zwischen näher zur Mitte und weiter von der Mitte entfernt liegenden Bereichen weniger stark zu Tage.
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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass in der Praxis auch deutlich mehr als drei LED-Chips 2 eingesetzt werden können, beispielsweise größenordnungsmäßig 50 davon. Da die LED-Chips 2 in ihren Eigenschaften untereinander streuen, spielt es eine Rolle, ob randseitige Chips in ähnlicher Weise berücksichtigt werden wie mittige.
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Schließlich veranschaulicht die 3, dass nur relativ vertikal nach unten gestreutes Licht von der diffusen Schicht 11 ausgehend die lichtempfindliche Oberfläche des Farbsensors 3 erreicht, weil anderes ausgekoppelt oder an der Seitenmantelfläche absorbiert wird. Damit ist gewährleistet, dass der Farbsensor 3 eine weitgehend vertikale Lichteinstrahlung erfasst.
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Im Übrigen könnte der Einkoppelkörper 10 im Prinzip auch direkt auf der lichtempfindlichen Fläche des Farbsensors 3 enden, was aber montage- und justagetechnisch schwierig sein kann. Der eingezeichnete Abstand ist jedenfalls nur symbolisch und nicht maßstabsgerecht gemeint. Im Übrigen ist natürlich die gleiche Variante denkbar, die 2 gegenüber 1 darstellt.
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Der Einkoppelkörper 10 erreicht also eine verbesserte Farbmischung, eine gleichmäßige Erfassung des tatsächlich von der Schicht 6 nach oben abgestrahlten Lichts und eine gewisse Winkelselektion des Messlichts.
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In 3 und den folgenden Figuren könnte ferner ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Neutralfilter an der Unterseite des Einkoppelkörpers 10 und auf dem Farbsensor 3 vorgesehen sein. Der Neutralfilter ist dann ein Bestandteil des Einkoppelkörpers 10 mit Filterzusätzen (könnte aber auch separat ausgeführt sein) und muss nicht unmittelbar an den Farbsensor 3 anschließen.
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Im Übrigen kann der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Einkoppelkörpers 10 (mit oder ohne Neutralfilter) und dem Farbsensor 3 mit klarem Silikon ausgefüllt sein. Wenn dem Silikonfilter Zusätze beigefügt sind, kann eine solche Füllung auch den Neutralfilter bilden.
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Das nächste Ausführungsbeispiel in 4 entspricht dem aus 3, wobei hier zusätzlich eine (symbolisch auch für eine Mehrzahl stehende) Leitung 14 eingezeichnet ist, die durch ein weiteres Durchgangsloch 15 außerhalb der Grundfläche der Ringwand 5 geführt und an einem Steckkontakt 16 angeschlossen ist. Natürlich kann dieser Steckkontakt 16 ebenfalls mehrfach oder mehrpolig ausgeführt sein.
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Das Ausführungsbeispiel in 5 entwickelt das vorherige insoweit weiter, als dort um die Außenmantelfläche des Einkoppelkörpers 10, soweit dieser nicht über die diffuse Schicht 6 hinausragt, und um den Spalt darunter mit der Silikonfüllung eine Blendenhülle 17 aus opaquem Material vorgesehen ist, die eine Lichteinkopplung von außen in diesen (Höhen-)Bereich verhindert. Sie kann zum Beispiel aus einem Material mit dem Markennamen „Pocan“ bestehen, nämlich einem PBT-PET-Kunststoff, und im Übrigen an ihrer Innenseite möglichst absorbierend ausgebildet sein, um die bereits erwähnte Winkelselektivität weiter zu erhöhen. Dann werden nämlich nur noch Lichtstrahlen zu dem Farbsensor 3 durchgelassen, die über der Blendenhülle 17 durch Streuung an der oberseitigen Schicht 11 oder Totalreflexion an den Außenmantelflächen des Einkoppelkörpers 10 darunter mit einem entsprechenden Winkel begonnen haben. Eine Totalreflexion im Bereich der Blendenhülle 17 ist dann weitgehend ausgeschlossen. Umgekehrt kann die Blendenhülle 17 außen natürlich reflektierend aufgebaut sein, um keine unnötigen Leistungsverluste zu erzeugen.
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Grundsätzlich zeigen alle Ausführungsbeispiele Anwendungsvorteile bei der Steuerung und insbesondere Regelung von Farbwerten. Hier ist insbesondere von Interesse, die Farbwerte gegen ungewollte Schwankungen, zu stabilisieren, so etwa in Folge einer sich verändernden LED-Temperatur. Auch Alterungsphänomene können eine Rolle spielen. Die Einzelheiten zu solchen Steuerungen und Regelungen, insbesondere Konstantregelungen sind dem Fachmann bekannt. Die vorstehende Erfindung eignet sich für diesen Anwendungszusammenhang besonders gut. Von Vorteil ist dabei insbesondere ein möglichst senkrechter Messlichteinfall und eine möglichst gute Mischung des gemessenen Lichts. Hierzu dient insbesondere der beschriebene Einkoppelkörper 10, der natürlich auch eine andere Form als dargestellt haben kann.
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Vor allem bei RGB-Anwendungen mit einer Mehrzahl LED-Chips ist der Temperatureinfluss auf die Farbwerte ein durchaus relevantes Problem, zum Beispiel weil rote LED-Chips eine ausgeprägtere temperaturabhängige Degradation zeigen als zum Beispiel blaue und sich damit Farbwerte verschieben können. Eine Regelung mithilfe des Farbsensors 3 kann damit zum Beispiel die Leistung eines roten LED-Chips mit steigender Temperatur anheben.
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Diese Temperaturstabilisierung oder grundsätzlich eine stabilisierende Regelung (auch gegenüber Fabrikationsschwankungen) betrifft sowohl eine Konstantregelung auf vorgegebene stationäre Werte wie auch gewünschte Neueinstellungen von Farbwerten oder zeitabhängige Farbänderungen.
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Grundsätzlich bezieht sich die Erfindung aber auch auf die Integration eines Sensors zu anderen Zwecken, zum Beispiel zur Leistungsregelung bei nur einem einzigen oder einer Mehrzahl gleichfarbiger LED-Chips.
