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Die Erfindung betrifft eine LED-Leuchte mit einer Vielzahl von verschiedenfarbigen LEDs (lichtemittierende Dioden). Diese weisen zumindest eine LED-Gruppe mit den Farben Blau, Grün und Rot zur additiven Farbmischung auf.
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Bekannterweise ist eine solche Leuchtdiode eine Halbleiterdiode, bei der sich durch entsprechende Dotierung des Halbmaterials die Eigenschaft des erzeugten Lichtes variieren lässt. Vor allem der Spektralbereich und die Effizienz lassen sich so beeinflussen. Es gibt LEDs mit der Farbe Rot, Grün, Gelb, Orange und auch Blau. Leuchtdioden sind allerdings keine Wärmestrahler, wie beispielsweise Glühlampen und emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich. Das heißt, das von einer LED abgegebene Licht ist nahezu monochromatisch.
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Es besteht die Möglichkeit, mittels LEDs auch weißes Licht zu erzeugen. Dies ist beispielsweise möglich mit einer blauen Leuchtdiode und einem entsprechenden Lumineszenzfarbstoff. Das heißt, ähnlich wie auch in Leuchtstoffröhren wird das blaue Licht teilweise in längerwelliges Licht umgewandelt, wobei sich durch additive Farbmischung dann insgesamt ein weißes Licht ergibt.
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Es ist ebenfalls möglich, LEDs der Farben Blau, Grün und Rot miteinander zur additiven Farbmischung zu kombinieren, um so weißes Licht zu erzeugen.
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Im Zusammenhang mit verschiedenfarbigen Lichtquellen und additiver Farbmischung sind einige weitere Dinge zu beachten.
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Um beispielsweise eine Relation zwischen der menschlichen Farbwahrnehmung und den physikalischen Ursachen des Farbreizes herzustellen, gibt es ein sogenanntes CIE-Normfarbsystem. Zur entsprechenden Darstellung der Gesamtheit wahrnehmbarer Farben dient in diesem Zusammenhang der sogenannte RGB-Farbraum oder auch eine sogenannte CIE-Normfarbtafel. In diesem Farbraum lässt sich mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau durch eine Koordinatendarstellung zur Beschreibung eines entsprechenden Anteils einer jeden Grundfarbe jede beliebige Farbe des Farbraums zusammensetzen, siehe additive Farbmischung.
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In einem solchen Farbraum lassen sich auch durch Darstellen einer entsprechenden Kurve alle durch eine LED-Gruppe mit den Farben Blau, Grün und Rot darstellenden Farben kennzeichnen. Dabei gibt es Bereiche des gesamten theoretischen Farbraums, die beispielsweise durch eine solche LED-Gruppe nicht erreichbar sind. Das heißt, gewisse wahrnehmbare Farben sind durch die LED-Gruppe nicht darstellbar.
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Eine weitere Größe im Zusammenhang mit der Farbwiedergabe ist der sogenannte Farbwiedergabeindex Ra. Darunter versteht man eine photometrische Größe, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. Als Referenz zur Beurteilung der Wiedergabequalität dient dazu bis zu einer Farbtemperatur von 5.000 K das Licht, das von einem schwarzen Strahler entsprechender Farbtemperatur abgegeben wird. Der Farbwiedergabeindex erreicht einen Wert von 100, falls eine entsprechende Lichtquelle das Spektrum einer Referenzlichtquelle gleicher Farbtemperatur im Bereich der sichtbaren Wellenlängen perfekt nachbildet.
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Im Zusammenhang mit LED-Leuchten ist außerdem aus der
EP 2 601 436 bekannt, eine Spektralverteilung der Leuchte zu beeinflussen. Diese Beeinflussung dient dazu, beispielsweise bei der Lichtabgabe der Leuchte bestimmte Farben abzuschwächen oder auch zu verstärken je nach Erfordernis, wobei diese Beeinflussung im Hinblick auf eine bestimmte Tierart oder bestimmte Tierarten erfolgt, die eine im Vergleich zum Menschen erhöhte Empfindlichkeit in einem entsprechenden Spektralbereich aufweisen. Ein Beispiel für eine solche Tierart sind Schildkröten. Diese werden durch bestimmte Spektralverteilungen und der damit verbundenen Helligkeitsempfindung abgeschreckt, so dass sie beispielsweise zur Eiablage keine Strandbereiche oder dergleichen aufsuchen, in denen eine Beleuchtung mit entsprechendem Spektralanteil vorhanden ist. Das heißt, dieser bestimmte Anteil der Spektralverteilung wird reduziert, ohne dass die für den Menschen wichtige Ausleuchtung von Wegen, oder dergleichen darunter leidet. Dies ist in der
EP 2 601 436 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Leuchte der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass weitere Bereich des Farbraums mit hohem Farbwiedergabeindex erreichbar sind und gegebenenfalls gleichzeitig eine Beeinflussung der Spektralverteilung im Hinblick auf erhöhte Empfindlichkeiten bestimmter Tierarten im Vergleich zum Menschen erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Insbesondere zeichnet sich die Lösung dadurch aus, dass wenigstens eine Zusatz-LED mit einer von den Farben der LED-Gruppe abweichenden Farbe der LED-Gruppe zugeordnet ist.
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Durch diese Zusatz-LED ergibt sich durch deren entsprechende Ansteuerung eine weitere Farbe, die zusammen mit den Farben der LED-Gruppe andere oder auch zusätzliche Bereiche des Farbraums zugänglich macht.
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Bisher erfolgte beispielsweise eine Veränderung der Farbe der entsprechenden Leuchte durch Einsatz von Filtern oder dergleichen. Dies sind zusätzliche Einrichtungen beispielsweise im Bereich einer transparenten Abdeckung der Leuchte, durch die das Licht austritt. Bei einem solchen Filter ist allerdings von Nachteil, dass die Effektivität der Leuchte reduziert wird, da durch den Filter die Lichtabgabe reduziert wird.
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Durch die Zusatz-LED werden in einfacher Weise nicht nur andere Bereiche des Farbraums erreicht, sondern auch die Spektralverteilung insbesondere des sichtbaren Lichts der entsprechenden LED-Leuchte wird beeinflussbar, um beispielsweise einer höheren Empfindlichkeit einer bestimmten Tierart oder bestimmter Tierarten im Vergleich zum Menschen Rechnung zu tragen.
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Gleichzeitig wird im Gegensatz zum Filtern der Farbwiedergabeindex bei der erfindungsgemäßen LED-Leuchte durch die Zusatz-LED erhöht.
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Zur Realisierung einer entsprechenden LED-Gruppe sind verschiedene Möglichkeiten denkbar.
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Beispielsweise kann die LED-Gruppe aus separaten Einzel-LEDs gebildet sein. Das heißt, es gibt eine LED mit der Farbe Blau, eine LED mit der Farbe Grün und eine LED mit der Farbe Rot, die jeweils separat ansteuerbar sind. Es besteht in diesem Zusammenhang natürlich ebenfalls die Möglichkeit, verschiedene LEDs einer bestimmten Farbe zusammenzufassen und mit den jeweils anderen LEDs der anderen Farben dann zur additiven Farbmischung zu kombinieren. Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer LED-Gruppe kann beispielsweise darin gesehen werden, dass diese zumindest eine Mehr-Chip-LED aufweist. Eine solche Mehr-Chip-LED zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass drei verschiedene LED-Chips zu einer sogenannten Mehr-Chip-LED kombiniert werden.
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Eine noch weitere Möglichkeit zur Realisierung einer LED-Gruppe ist beispielsweise, dass diese aus zumindest einem LED-Modul gebildet ist. Ein solches LED-Modul kann eine oder mehrere der obengenannten LEDs jeweils der entsprechenden Farben Blau, Grün und Rot aufweisen.
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Für jede dieser LED-Gruppen gilt, dass dieser zumindest eine Zusatz-LED zugeordnet ist. Selbstverständlich können je nach Anzahl der LEDs in einer Gruppe auch mehrere Zusatz-LEDs einer solchen Gruppe zugeordnet werden.
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Um gegebenenfalls die Farbe der LED-Leuchte in einfacher Weise beeinflussen zu können, kann die LED-Gruppe aus einzeln ansteuerbaren LEDs gebildet sein. Dies gilt ebenfalls in Zusammenhang mit der Zusatz-LED, die ebenfalls einzeln ansteuerbar sein kann oder auch Teil der LED-Gruppe und der entsprechenden Realisierung einer solchen LED-Gruppe sein kann.
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Wie bereits ausgeführt, können ebenfalls auch zwei, drei oder mehr Zusatz-LEDs jeder LED-Gruppe zugeordnet sein.
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In diesem Zusammenhang kann die Zusatz-LED in ähnlicher Weise wie die LEDs der LED-Gruppe ausgebildet sein, nämlich als Einzel-LED, als Teil der Mehr-Chip-LED oder als Teil des LED-Moduls. Dies gilt analog auch für die zwei, drei oder mehr Zusatz-LEDs.
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Um jede LED-Gruppe oder auch jede einzelne LED ansteuern zu können, kann die LED-Leuchte eine Steuereinrichtung zur individuellen Ansteuerung jeder LED-Gruppe oder jeder LED aufweisen.
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Dabei erweist es sich in der Regel weiterhin als vorteilhaft, wenn diese Ansteuerung nicht nur beispielsweise zur Stromsteuerung der entsprechenden LEDs eingesetzt wird, sondern auch als Lichtsteuerung und/oder Zeitsteuerung.
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Das heißt, dass beispielsweise eine LED oder mehrere LEDs je nach Tageszeit unterschiedlich angesteuert wird oder werden und auch insgesamt eine entsprechende Lichtsteuerung der LED-Leuchte insbesondere tageslichtabhängig erfolgen kann. In der Regel kann beispielsweise die LED-Leuchte bei hellem Tageslicht durch eine solche Lichtsteuerung ausgeschaltet werden, während sie in der Dämmerung oder auch bei schlechtem Wetter bereits mit einer bestimmten Lichtstärke eingeschaltet wird, die bei Dunkelheit dann ihren größten Wert erreicht.
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Eingangs wurde bereits darauf hingewiesen, dass die LED-Leuchte in ihrer Spektralverteilung beeinflusst werden kann, um beispielsweise entsprechenden erhöhten Empfindlichkeiten bestimmter Tierarten oder einer bestimmten Tierart im Vergleich zum Menschen Rechnung zu tragen. Dies erfolgt erfindungsgemäß bei der eingangs beschriebenen LED-Leuchte dadurch, dass eine Lichtabgabe wenigstens einer LED der LED-Gruppe reduziert wird oder diese wenigstens eine LED ausgeschaltet wird, während zumindest eine Zusatz-LED zur Lichtabgabe eingeschaltet und angesteuert wird. Eine solche Reduzierung der Lichtabgabe oder Ansteuerung der Zusatz-LED erfolgt insbesondere durch eine Steuerung der Stromversorgung.
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In der Regel erfolgt die Ansteuerung beispielsweise dadurch, dass eine LED der LED-Gruppe mit der Farbe Blau in ihrer Lichtabgabe reduziert oder ausgeschaltet wird, während eine Zusatz-LED mit der Farbe Gelb oder Amber eingeschaltet und entsprechend angesteuert wird.
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Die Farbe „Amber” entspricht dabei einer Grundfarbe, die zwischen Gelb und Orange liegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere dazu verwendet, um die Spektralverteilung der LED-Leuchte in einem Bereich zu beeinflussen, in dem eine bestimmte Tierart oder bestimmte Tierarten eine im Vergleich zum Menschen erhöhte Empfindlichkeit aufweisen. Die Beeinflussung der Spektralverteilung erfolgt insbesondere im sichtbaren Bereich des Lichts, siehe beispielsweise das Ausschalten einer LED der Farbe Blau und das Einschalten einer Zusatz-LED mit der Farbe Gelb oder Amber.
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Wie bereits auch im Zusammenhang mit der LED-Leuchte ausgeführt, kann eine Ansteuerung aller oder auch nur einzelner LEDs zusätzlich zur Lichtsteuerung und/oder Zeitsteuerung durchgeführt werden.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte;
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2 eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf die LED-Leuchte nach Figur 1;
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3 ein CIE-Normfarbsystem für im Wesentlichen eine LED-Gruppe aus LEDs der Farben Blau, Grün und Rot;
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4 ein CIE-Normfarbsystem analog zu 3 mit angesteuerter Zusatz-LED;
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5 eine Spektralverteilung der erfindungsgemäßen LED-Leuchte mit angesteuerter Zusatz-LED;
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6 eine Spektralverteilung analog zu 5 ohne Zusatz-LED, und
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7 eine Prinzipskizze einer LED-Leuchte gemäß Erfindung mit LED-Gruppen und Steuereinrichtung.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte 1. Diese weist ein im Querschnitt in etwa halbkreisförmiges Leuchtengehäuse 7 auf. Dieses weist an seinem unteren Ende in 1 eine Öffnung auf, in der mittels eines Abdeckungshalterings 9 eine transparente Abdeckung 8 gehalten ist. Der Abdeckungshaltering 9 ist in das Leuchtengehäuse 7 einschraubbar. Das Leuchtengehäuse 7 weist auf seiner Innenseite eine Reflektionseinrichtung 11 auf und seine Außenseite ist gleichzeitig als Kühleinrichtung 19 ausgebildet.
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Zwischen Leuchtengehäuse 7 und Abdeckungshaltering 9 ist eine gedruckte Schaltung 12 angeordnet, auf der eine Mehrzahl von LEDs 2, 3, 4 und 5 angeordnet ist. Diese sind ringförmig innerhalb des Leuchtengehäuses angeordnet.
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Zum Fixieren der transparenten Abdeckung ist ein Abdeckungsfixierring 20 angeordnet und die Abdeckung 8 ist von einem Dichtring 10 umgegeben.
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In 2 ist die LED-Leuchte 1 nach 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten dargestellt.
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Durch die transparente Abdeckung 8 tritt Licht aus der LED-Leuchte 1 aus, wenn die entsprechenden LEDs eingeschaltet sind.
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In den 3 und 4 sind zwei verschiedene RGB-Farbräume 13 beziehungsweise CIE-Normfarbsysteme dargestellt.
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In dem RGB-Farbraum 13 nach 3 ist wie auch in 4 ein Schwarzkörperkurve 14 angedeutet sowie in 3 ein entsprechender Farbraum mit Farben, die durch eine LED-Gruppe mit den Farben Blau, Grün und Rot darstellbar sind, siehe die dreieckförmige Umrandung. Dies sind die durch die LED-Leuchte ohne Zusatz-LED darstellbaren Farben.
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Aus dem RGB-Farbraum 13 nach 3 ist erkennbar, dass gewisse Farben nicht darstellbar sind, siehe beispielsweise einen großen Teil des gelben Bereichs zwischen Wellenlängen von 560 bis rund 580 nm.
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Wird die entsprechende Zusatz-LED 5, siehe auch die folgenden Figuren, zusätzlich eingeschaltet, erweitert sich der RGB-Farbraum 13 entsprechend zu 4, siehe die Erweiterung des entsprechenden Dreiecks nach 3 in etwa eine Drachenform nach 4 mit zusätzlichem Punkt bei der Wellenlänge 575 nm. Das heißt, ein großer Bereich des gelben Farbraums wird zusätzlich zugänglich.
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Die Darstellung des RGB-Farbraums 13 nach 4 entspricht einer Zusatz-LED der Farbe Gelb oder Amber.
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Es ist selbstverständlich möglich, den Farbraum auch in andere Richtungen gegenüber dem nach 3 zu erweitern, indem beispielsweise andersfarbige Zusatz-LEDs zugeschaltet werden.
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Zusammenfassend ergibt sich nach 3 und 4, dass der Farbraum von RGB-LEDs, siehe 3, durch Zuordnung einer Zusatz-LED, siehe 4, erweitert werden kann.
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Analog ist die Darstellung in 5 und 6, die eine entsprechende Spektralverteilung insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts der LED-Leuchte gemäß Erfindung mit zwei unterschiedlichen Beschaltungen entsprechender LEDs zeigt.
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In 5 ist die Spektralverteilung 15 mit einer LED-Gruppe der Farben Blau, Grün und Rot und einer Zusatz-LED der Farbe Amber dargestellt. Dabei ist allerdings zusätzlich zu beachten, dass eine entsprechende LED der LED-Gruppe mit Farbe Blau ausgeschaltet ist. Ein entsprechender Farbwiedergabeindex hat einen Wert von 64 und es ergibt sich eine Spektralverteilung, die an eine Empfindlichkeit einer spezifischen Tierart, hier Schildkröte, angepasst ist. Das heißt, die Spektralverteilung ist Schildkröten-freundlich, das heißt es erfolgt kein Abschreckung oder dergleichen von Schildkröten, die beispielsweise zur Eiablage an einen Strand oder dergleichen bei entsprechender Beleuchtung mit Spektralverteilung nach 5 wollen. Weiterhin ist die Beleuchtung für Menschen ausreichend, um beispielsweise entlang von Wegen oder in nahe dem Bereich der Eiablage der Schildkröten angeordneten Fabriken oder dergleichen zu gehen oder zu arbeiten.
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Bei der entsprechenden Spektralverteilung 16 nach 6 sind von der LED-Gruppe nur die LEDs mit den Farben Rot und Grün eingeschaltet, wobei weiterhin die LED mit der Farbe Blau ausgeschaltet ist, siehe auch Spektralverteilung 15 nach 5.
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Der entsprechend berechnete Farbwiedergabeindex ist bei 6 geringer, nämlich 43.
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Im Zusammenhang mit den 5 und 6 ergibt sich, dass erfindungsgemäß durch Verwendung der Zusatz-LED oder -LEDs und entsprechende Ansteuerung der LED-Gruppen der LED-Leuchte die Spektralverteilung im Hinblick auf entsprechende unterschiedliche Empfindlichkeiten von einer bestimmten Tierart und Menschen anpassbar ist, um beispielsweise die Tierart nicht durch eine abschreckende Beleuchtung beispielsweise an einer Eiablage zu hindern. Selbstverständlich war die angegebene Tierart nur beispielhaft, und andere Tierarten können gegebenenfalls auch durch andere Spektralverteilungen nach 5 und 6 entsprechend zu ihrer Lichtempfindlichkeit berücksichtigt werden.
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Da die Verwendung eines Filters zur Anpassung der Spektralverteilung erfindungsgemäß nicht notwendig ist, wird ebenfalls die Lichtabgabe in keiner Weise negativ beeinflusst und gleichzeitig ein hoher Farbwiedergabeindex erreicht.
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Insgesamt ergibt sich eine gute visuelle Effektivität der erfindungsgemäßen LED-Leuchte.
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Eine entsprechende LED-Gruppe oder RGB-LED lässt sich in unterschiedlicher Weise realisieren. Ein Beispiel ist in 7 dargestellt. Andere Beispiele können eine LED-Gruppe aus separaten Einzel-LEDs umfassen, wobei diese Einzel-LEDs jeweils die Farbe Blau, Grün oder Rot aufweisen. Weiterhin kann jede LED-Gruppe aus zumindest einer Mehr-Chip-LED oder aus zumindest einem LED-Modul gebildet sein. Ein solches LED-Modul kann wiederum Einzel-LEDs oder auch Mehr-Chip-LEDs umfassen.
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Dabei ist es selbstverständlich ebenso möglich, dass eine, zwei, drei oder mehr Zusatz-LEDs einer entsprechenden LED-Gruppe zugeordnet sind. Außerdem kann die Zusatz-LED oder auch die Mehrzahl dieser LEDs ebenfalls als Einzel-LED, als Teil einer Mehr-Chip-LED oder als Teil des LED-Moduls ausgebildet sein, so dass die Zusatz-LED zusammen mit der LED-Gruppe handhabbar und einbaubar ist.
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In 7 sind verschiedene LED-Gruppen 17 mit jeweils einer LED 2, 3, 4 der Farbe Blau, Grün und Rot dargestellt. Zumindest zwei der LED-Gruppen 17 sind Teil eines übergeordneten LED-Moduls 18. Teil eines jeden LED-Moduls 18 ist außerdem eine Zusatz-LED 5 beispielsweise der Farbe Gelb oder Amber.
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Die Darstellung nach 7 ist nur beispielhaft, und es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass jedes LED-Modul 18 nur eine LED-Gruppe 17 umfasst und die Zusatz-LED 5 dem Modul zugeordnet ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass jede der Einzel-LEDs 2, 3, 4 oder 5 nach 7 bereits eine LED-Gruppe 17 ist, die beispielsweise eine LED der Farbe Blau, Grün, Rot und der Farbe der entsprechenden Zusatz-LED umfasst.
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Ebenso ist es möglich, dass jede der Einzel-LEDs 2, 3 und 4 nach 7 eine Mehr-Chip-LED ist, die bereits drei LEDs der Farben Blau, Grün und Rot umfasst.
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Weitere Kombinationen von LEDs, entweder einzeln oder als Gruppe, sowie auch von LED-Gruppen und LED-Modulen sind möglich. Die Darstellung nach 7 dient nur zur Erläuterung der Erfindung und insbesondere zur Erläuterung der Zuordnung einer Zusatz-LED zur beispielsweise einer RGB-LED.
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Den verschiedenen LEDs 2, 3, 4 und 5 ist eine Steuereinrichtung 6 der LED-Leuchte 1 zugeordnet. Diese dient zur Ansteuerung der einzelnen LEDs und insbesondere, siehe die Spektralverteilung 15 und 16 nach 5 und 6, zum Ansteuern einer LED der entsprechenden LED-Gruppe und zum Ansteuern der Zusatz-LED oder -LEDs. Dadurch wird beispielsweise eine blaue LED einer jeden LED-Gruppe ausgeschaltet und die entsprechende Zusatz-LED 5 eingeschaltet. Dadurch werden die unterschiedlichen Spektralverteilungen 15 und 16 nach 5 und 6 realisiert. Dies gilt analog auch für die 3 und 4 und die unterschiedlichen Bereiche des RGB-Farbraumes.
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Die entsprechende Steuereinrichtung kann in diesem Zusammenhang nicht nur zur Ansteuerung der einzelnen LEDs zur Veränderung des Spektralbereichs dienen, sondern kann auch insgesamt zur Lichtsteuerung und/oder Zeitsteuerung verwendet werden. Die Lichtsteuerung kann dabei insgesamt ein Dimmen und Ein- und Ausschalten der LED-Leuchte umfassen, wobei die Zeitsteuerung eine entsprechende Zeitschaltung beinhaltet, um beispielsweise bei Tageslicht und ausreichender Beleuchtung die LED-Leuchte auszuschalten.
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Erfindungsgemäß ergibt sich eine LED-Leuchte und ein entsprechendes Verfahren bei denen die Lichtabgabe wenigstens einer LED einer LED-Gruppe reduziert werden kann oder diese wenigstens eine LED ausgeschaltet wird. Statt dieser in der Lichtabgabe reduzierten oder ausgeschalteten LED wird dann zumindest eine Zusatz-LED eingeschaltet und zur Lichtabgabe angesteuert. Dies erfolgt in der Regel durch eine Steuerung der Stromversorgung der verschiedenen LEDs. Insbesondere werden LED-Leuchte und Verfahren gemäß Erfindung dazu eingesetzt, eine entsprechende Spektralverteilung der LED-Leuchte in einem Bereich zu beeinflussen, in dem eine bestimmte Tierart oder bestimmte Tierarten eine im Vergleich zum Menschen erhöhte Empfindlichkeit aufweisen.
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Gleichzeitig wird aufgrund der Erfindung verhindert, dass die Lichtabgabe wie sonst beispielsweise durch Filter vermindert wird und ein hoher Farbwiedergabeindex wird ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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