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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtdioden-Moduls und ein Leuchtdioden-Modul.
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Bei der Herstellung von Leuchtdioden kommt es auf Grund von Schwankungen von Parametern der Halbleiterstruktur der Leuchtdioden zu einer Streuung der optischen Eigenschaften. Dies äußert sich insbesondere in Form von unterschiedlichen Emissionsspektren und unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen der Leuchtdioden.
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Zum Erzeugen einer Vielzahl von unterschiedlichen Farbeindrücken werden üblicherweise drei Leuchtdioden miteinander kombiniert. Hierbei spannt das von einer roten, einer grünen und einer blauen Leuchtdiode emittierte Licht einen Gamut auf. Über eine additive Farbmischung können alle Farborte innerhalb des Gamuts erreicht und zugehörige Farbeindrücke erzeugt werden. Variieren jedoch die Schwerpunktwellenlängen der Leuchtdioden, so ändert sich auch der von den Leuchtdioden bereitgestellte Gamut.
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Aus der
DE 10 2008 025 865 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Leuchtdioden-Moduls bestehend aus einer Anzahl von verschiedenfarbigen Leuchtdioden bekannt, die von einer Ansteuerschaltung über Ansteuersignale ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerschaltung mindestens ein EPROM aufweist, aus dem die Ansteuersignale abrufbar sind, wobei im EPROM die Parameter eines Farbraums für die Lichtsteuerung des Leuchtdioden-Moduls gespeichert sind, und dass die im EPROM gespeicherten Daten von der Elektronik ausgelesen, alle notwendigen Farbanteile der einzelnen Leuchtdioden berechnet und zur Berechnung der notwendigen Farbanteile herangezogen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtdioden-Moduls und ein Leuchtdioden-Modul zu schaffen, bei denen auch bei schwankenden Emissionseigenschaften der Leuchtdioden ein vorgegebener Gamut bereitgestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Leuchtdioden-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtdioden-Moduls zur Verfügung gestellt, wobei das Leuchtdioden-Modul mindestens drei verschiedenfarbige Leuchtdioden umfasst, die gemeinsam einen Gamut von einstellbaren Farborten aufspannen und die mittels einer Treibereinrichtung über Ansteuersignale angesteuert werden, wobei Stromstärken, mit denen die mindestens drei verschiedenfarbigen Leuchtdioden jeweils betrieben werden, zum Einstellen von vorgegebenen Eckpunkten des Gamuts angepasst werden, sodass ein vorgegebener Gamut bereitgestellt wird.
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Ferner wird ein Leuchtdioden-Modul geschaffen, umfassend mindestens drei verschiedenfarbige Leuchtdioden, die gemeinsam einen Gamut von einstellbaren Farborten aufspannen, und eine Treibereinrichtung, wobei die Treibereinrichtung derart ausgebildet ist, die mindestens drei Leuchtdioden über Ansteuersignale anzusteuern, wobei Stromstärken, mit denen die mindestens drei verschiedenfarbigen Leuchtdioden jeweils betrieben werden, zum Einstellen von vorgegebenen Eckpunkten des Gamuts angepasst sind, sodass ein vorgegebener Gamut bereitgestellt werden kann.
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Das Verfahren und das Leuchtdioden-Modul ermöglichen es, Schwankungen im Herstellungsprozess und hierdurch hervorgerufene Schwankungen bei den Emissionseigenschaften der Leuchtdioden auszugleichen. Dies erfolgt, indem eine Stromstärke, mit der eine Leuchtdiode betrieben wird, verändert bzw. angepasst wird. Durch das Verändern der Stromstärke ändert sich das emittierte Spektrum und insbesondere eine Schwerpunktwellenlänge, welche auch als dominante Wellenlänge bezeichnet werden kann. Wird die Stromstärke beispielsweise von den üblichen 20 mA auf 60 mA verdreifacht, so ändert sich eine Schwerpunktwellenlänge um ca. 5 nm. Dieser Effekt wird genutzt, um den von den mindestens drei Leuchtdioden aufgespannten Gamut anzupassen. Für jede der mindestens drei Leuchtdioden wird die Stromstärke individuell gewählt bzw. angepasst, sodass eine jeweils zum Nachbilden eines vorgegebenen Gamuts notwendige Schwerpunktwellenlänge eingestellt wird.
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Herstellungsbedingt treten die genannten Schwankungen in den Emissionseigenschaften immer auf. Die Hersteller von Leuchtdioden vermessen daher üblicherweise nach dem Herstellen die Leuchtdioden und klassifizieren diese gemäß einer jeweiligen Schwerpunktwellenlänge nach bestimmten Wellenlängenbereichen (engl. „bins“). Anschließend werden die Leuchtdioden jeweils für diese Wellenlängenbereiche vertrieben. Durch das beschriebene Verfahren und das beschriebene Leuchtdioden-Modul ist es daher möglich, eine größere Anzahl dieser Wellenlängenbereiche zu verwenden, wodurch ein Angebot zunimmt und Kosten eingespart werden können.
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Insbesondere werden drei Leuchtdioden verwendet, wobei eine rote Leuchtdiode (Wellenlängenbereich von 580-650 nm), eine grüne Leuchtdiode (Wellenlängenbereich von 500-560 nm) und eine blaue Leuchtdiode (Wellenlängenbereich von 430-480 nm) miteinander zu einem Leuchtdioden-Modul kombiniert werden.
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Ein Gamut bezeichnet einen Bereich im Farbraum, der mit dem Leuchtdioden-Modul durch additive Farbmischung nachgestellt werden kann. Der Bereich kann beispielsweise mittels des CIE-Chromatizitätsdiagramm (CIE1931) veranschaulicht werden.
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Eine Abhängigkeit der Emissionseigenschaften der Leuchtdioden, insbesondere der Schwerpunktwellenlänge, von der Stromstärke kann beispielsweise empirisch bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Abhängigkeit auch mittels einer Simulation berechnet werden.
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Das Ansteuern der Leuchtdioden erfolgt insbesondere mittels einer Pulsweitenmodulation. Die pulsweitenmodulierten Pulse werden mittels der Treibereinrichtung bereitgestellt. Über eine Stromstärke, das heißt eine Amplitude, der Pulse wird eine Schwerpunktwellenlänge der jeweiligen Leuchtdiode festgelegt bzw. angepasst. Über die Pulsweite der Pulse wird eine Intensität des emittierten Lichts mittels der Treibereinrichtung gesteuert, sodass durch additive Farbmischung ein gewünschter Farbort innerhalb des Gamuts erreicht wird.
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Die Treibereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromstärken jeweils mittels eines Vorwiderstands angepasst werden. Dies ist eine im Hinblick auf einen Aufwand besonders einfache Umsetzung des Verfahrens und des Leuchtdioden-Moduls, da nur der Vorwiderstand angepasst werden muss, die restliche Ansteuerung jedoch beibehalten werden kann. Ein Aufwand und Kosten können hierdurch gering gehalten werden. In Abhängigkeit einer Zielwellenlänge für die Schwerpunktwellenlänge wird eine Stromstärke berechnet, die notwendig ist, um die Zielwellenlänge zu erreichen. Anschließend wird in Abhängigkeit einer verfügbaren Betriebsspannung ein geeigneter Vorwiderstand für die jeweilige Leuchtdiode ausgewählt und in dem Leuchtdioden-Modul verbaut.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromstärken mittels der Treibereinrichtung angepasst werden, wobei die Treibereinrichtung hierzu die Ansteuersignale entsprechend anpasst. Insbesondere passt die Treibereinrichtung hierzu die Amplitude der pulsweitenmodulierten Pulse an. Hierdurch kann eine flexible Anpassung erfolgen. Auch ein erneutes Anpassen zu einem späteren Zeitpunkt ist ohne großen Aufwand möglich, da lediglich zugehörige Parameter in der Treibereinrichtung geändert werden müssen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Anpassen vor einer ersten Inbetriebnahme des Leuchtdioden-Moduls erfolgt, anschließend jedoch keine weitere oder erneute Anpassung mehr erfolgt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anpassen beim laufenden Betrieb des Leuchtdioden-Moduls erfolgt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine durch das Anpassen der Stromstärken jeweils hervorgerufene Intensitätsänderung jeweils durch Anpassen der Ansteuersignale ausgeglichen wird. Hierdurch kann eine Gesamtintensität konstant gehalten werden. Insbesondere wird eine Pulsweite der pulsweitenmodulierten Pulse entsprechend angepasst. Einfach ausgedrückt wird eine Pulsweite bei einer ansteigenden Intensität verringert, bei einer sinkenden Intensität hingegen vergrößert. Es kann hierbei insbesondere vorgesehen sein, dass das Anpassen der Pulsweite derart erfolgt, dass eine Effektivstromstärke beim Treiben einer Leuchtdiode konstant gehalten wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Emissionseigenschaft für jede der mindestens drei Leuchtdioden erfasst und/oder erhalten wird, wobei ein Wert der angepassten Stromstärke jeweils auf Grundlage der erfassten und/oder erhaltenen mindestens einen Emissionseigenschaft festgelegt wird. Hierdurch kann das Leuchtdioden-Modul vor einer Verwendung auf einen vorgegebenen Gamut eingestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Hersteller von Leuchtdioden, aus denen ein Leuchtdioden-Modul zusammengestellt werden soll, für jede der Leuchtdioden Emissionseigenschaften, insbesondere eine Schwerpunktwellenlänge, beispielsweise in Form eines Datenblattes oder einer elektronischen Datei bereitstellt. Diese Emissionseigenschaften, insbesondere die Schwerpunktwellenlänge, werden anschließend beim Durchführen des Verfahrens verwendet, um die Stromstärken, mit denen die jeweiligen Leuchtdioden betrieben werden, zu berechnen und anzupassen. Sind die Stromstärken angepasst, kann das Leuchtdioden-Modul am endgültigen Verwendungsort verbaut werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Treibereinrichtung einen Speicher aufweist, in dem die Emissionseigenschaften vor einem Anordnen des Leuchtdioden-Moduls an oder in einem endgültigen Verwendungsort hinterlegt werden. Die Treibereinrichtung berechnet auf Grundlage der hinterlegten Emissionseigenschaften die angepassten Stromstärken und hinterlegt diese in dem Speicher. Anschließend stellt die Treibereinrichtung die jeweils berechneten Stromstärken zur Verfügung.
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Merkmale zur Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile des Leuchtdioden-Moduls sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Leuchtdioden-Moduls;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Leuchtdioden-Moduls.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Leuchtdioden-Moduls 1 gezeigt. Das Leuchtdioden-Modul 1 umfasst drei verschiedenfarbige Leuchtdioden 2, 3, 4 und eine Treibereinrichtung 5.
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Die verschiedenfarbigen Leuchtdioden 2, 3, 4 weisen jeweils Schwerpunktwellenlängen auf, die rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht bereitstellen. Die Leuchtdiode 2 emittiert im roten Wellenlängenbereich, das heißt eine zugehörige Schwerpunktwellenlänge liegt im Bereich von 580-650 nm; die Leuchtdiode 3 emittiert im grünen Wellenlängenbereich, das heißt eine zugehörige Schwerpunktwellenlänge liegt im Bereich von 500-560 nm; und die Leuchtdiode 4 emittiert im blauen Wellenlängenbereich, das heißt die Schwerpunktwellenlänge liegt im Bereich von 430-480 nm. Gemeinsam spannen die Leuchtdioden 2, 3 ,4 bzw. die jeweiligen Schwerpunktwellenlängen einen Gamut auf.
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Die Treibereinrichtung 5 ist derart ausgebildet, die Leuchtdioden 2, 3, 4 über Ansteuersignale 6 anzusteuern. Die Ansteuersignale 6 umfassen hierbei pulsweitenmodulierte Pulse, die durch eine Amplitude und eine Pulsweite definiert sind.
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Es ist vorgesehen, dass Stromstärken, mit denen die Leuchtdioden 2, 3, 4 jeweils betrieben werden, zum Einstellen von vorgegebenen Eckpunkten des Gamuts angepasst sind, sodass ein vorgegebener Gamut bereitgestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Schwerpunktwellenlänge der Leuchtdiode 2 um 3 nm verschoben werden muss, um den vorgegebenen Gamut bereitstellen zu können. Entsprechend wird eine zum Treiben dieser Leuchtdiode 2 verwendete Stromstärke bzw. eine Amplitude der pulsweitenmodulierten Pulse in ausreichendem Maße erhöht. Weiter kann im Beispiel vorgesehen sein, dass die Schwerpunktwellenlänge der Leuchtdiode 3 um 2 nm verringert werden muss. Entsprechend wird eine zum Treiben dieser Leuchtdiode 3 verwendete Stromstärke bzw. eine Amplitude der pulsweitenmodulierten Pulse in ausreichendem Maße verringert usw. Durch das Verschieben der Schwerpunktwellenlängen verschieben sich auch die Eckpunkte des aufgespannten Gamuts, sodass der Gamut sich entsprechend ändert und hierdurch einem vorgegebenen Gamut zumindest angenähert werden kann.
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Nach dem Bereitstellen des vorgegebenen Gamuts wird ein vorgegebener bzw. gewünschter Farbort innerhalb des Gamuts dadurch eingestellt, dass eine Pulsweite der jeweils zum Treiben der Leuchtdioden 2, 3, 4 verwendeten Pulse eingestellt wird. Der vorgegebene bzw. gewünschte Farbort wird der Treibereinrichtung 5 beispielsweise über ein Farbortsignal 8 mitgeteilt. Hierdurch kann eine von den Leuchtdioden 2, 3, 4 jeweils emittierte Intensität eingestellt werden. Die jeweils erforderliche Intensität wird mittels der Treibereinrichtung 5 berechnet und über die Pulsweiten der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale 6 festgelegt. Über eine additive Farbmischung der jeweils von den Leuchtdioden 2, 3, 4 emittierten elektromagnetischen Strahlung wird der gewünschte Farbort erreicht.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stromstärken jeweils mittels eines Vorwiderstands 7 angepasst werden. Die jeweiligen Vorwiderstände 7 werden hierbei derart gewählt und angeordnet, dass ausgehend von einer Versorgungsspannung bzw. Signalspannung die jeweils vorgegebene Stromstärke bzw. die jeweils vorgegebene Amplitude der Pulse erreicht wird. In der in der 1 gezeigten Ausführungsform sind die Vorwiderstände 7 in den jeweiligen Signalweg zwischen die Treibereinrichtung 5 und die Leuchtdioden 2, 3, 4 in Reihe geschaltet.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stromstärken mittels der Treibereinrichtung 5 (aktiv) angepasst werden, wobei die Treibereinrichtung 5 hierzu die Ansteuersignale 6, insbesondere eine Amplitude der pulsweitenmodulierten Pulsen, entsprechend anpasst.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine durch das Anpassen der Stromstärken jeweils hervorgerufene Intensitätsänderung jeweils durch Anpassen der Ansteuersignale ausgeglichen wird. Insbesondere wird hierzu dann eine Pulsweite der pulsweitenmodulierten Pulse angepasst. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulsweiten von der Treibereinrichtung jeweils derart angepasst werden, dass eine Effektivstromstärke gleich bleibt.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass mindestens ein Emissionseigenschaft 9 für jede der drei Leuchtdioden 2, 3, 4 erfasst und/oder erhalten wird, wobei ein Wert der angepassten Stromstärke jeweils auf Grundlage des erfassten und/oder erhaltenen mindestens einen Emissionseigenschaft 9 festgelegt wird. Insbesondere kann die Treibereinrichtung 5 als Emissionseigenschaft 9 eine Schwerpunktwellenlänge der jeweiligen Leuchtdioden 2, 3, 4 erhalten, insbesondere empfangen. Die Schwerpunktwellenlängen werden beispielsweise von einem Hersteller der Leuchtdioden 2, 3, 4 gemessen und in Form eines Datenblattes bereitgestellt. Auf Grundlage der empfangenen Emissionseigenschaften 9 bestimmt die Treibereinrichtung 5 die angepassten Stromstärken, beispielsweise durch Vergleichen mit Wellenlängen von Eckpunkten des vorgegeben Gamuts.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Leuchtdioden-Moduls gezeigt.
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In einem Verfahrensschritt 100 wird ein vorgegebener Gamut bzw. dessen drei Eckpunkte bereitgestellt. Dies erfolgt, indem Wellenlängen zu den drei Eckpunkten des Gamuts, beispielsweise mittels der Treibereinrichtung, empfangen werden.
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In einem Verfahrensschritt 101 werden Emissionseigenschaften von drei Leuchtdioden erhalten. Die drei Leuchtdioden decken die drei Farben Rot, Grün und Blau ab, die den Gamut aufspannen sollen. Die erhaltenen Emissionseigenschaften sind beispielsweise technischen Datenblättern eines Herstellers der Leuchtdioden entnommen, und umfassen insbesondere eine jeweilige Schwerpunktwellenlänge bzw. dominante Wellenlänge einer von den Leuchtdioden emittierten elektromagnetischen Strahlung.
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In einem Verfahrensschritt 102 werden Differenzen zwischen den Wellenlängen der Eckpunkte des vorgegebenen Gamuts und den jeweils korrespondierenden Schwerpunktwellenlängen der Leuchtdioden bestimmt.
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In einem Verfahrensschritt 103 werden die jeweiligen Stromstärken bzw. Amplituden zum Treiben der Leuchtdioden auf Grundlage der bestimmten Differenzen bestimmt.
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In einem Verfahrensschritt 104 werden die bestimmten Stromstärken in einer Alternative durch Auswählen und Vorschalten von Vorwiderständen bereitgestellt. In einer anderen Alternative werden die Werte für die bestimmten Stromstärken für jede der Leuchtdioden in der Treibereinrichtung hinterlegt. Die Treibereinrichtung steuert die jeweiligen Leuchtdioden anschließend mit Stromstärken bzw. Amplituden gemäß den hinterlegten Werten an.
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In einem Verfahrensschritt 105 werden anschließend Pulsweiten von Ansteuersignalen zum Treiben der einzelnen Leuchtdioden berechnet, wobei die Pulsweiten derart gewählt werden, dass ein vorgegebener bzw. gewünschter Farbort innerhalb des aufgespannten Gamuts erreicht wird.
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Es kann im Verfahrensschritt 105 vorgesehen sein, dass eine durch das Anpassen der Stromstärken jeweils hervorgerufene Intensitätsänderung jeweils durch Anpassen der Ansteuersignale ausgeglichen wird. Insbesondere wird hierzu die Pulsweite der pulsweitenmodulierten Pulse angepasst.
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Der Vorteil des Leuchtdioden-Moduls und des Verfahrens ist, dass auch bei auf Grund von Herstellungstoleranzen schwankenden Emissionseigenschaften von verwendeten Leuchtdioden ein einheitlicher Farbeindruck hervorgerufen werden kann. Insbesondere kann hierdurch bei Anwendungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, unabhängig von den konkret verwendeten Chargen von Leuchtdioden stets der oder die gleichen Farbeindrücke hervorgerufen werden. Auch bei Verwendung mehrerer Leuchtdioden-Module können einheitliche Farbeindrücke über sämtliche verwendeten Leuchtdioden-Module hinweg hervorgerufen werden. Da die Emissionseigenschaften, insbesondere eine Schwerpunktwellenlänge, im Rahmen des Verfahrens angepasst werden können, können auf Grund einer größeren Bandbreite an verwendbaren Leuchtdioden Kosten eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchtdioden-Modul
- 2
- Leuchtdiode
- 3
- Leuchtdiode
- 4
- Leuchtdiode
- 5
- Treibereinrichtung
- 6
- Ansteuersignal
- 7
- Vorwiderstand
- 8
- Farbortsignal
- 9
- Emissionseigenschaft
- 100-105
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008025865 A1 [0004]
