EP2981759B1 - Led-modul, leuchte mit einem solchen und verfahren zur beeinflussung eines lichtspektrums - Google Patents

Led-modul, leuchte mit einem solchen und verfahren zur beeinflussung eines lichtspektrums Download PDF

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EP2981759B1
EP2981759B1 EP14715837.2A EP14715837A EP2981759B1 EP 2981759 B1 EP2981759 B1 EP 2981759B1 EP 14715837 A EP14715837 A EP 14715837A EP 2981759 B1 EP2981759 B1 EP 2981759B1
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EP
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leds
light
led
luminaire
led module
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EP14715837.2A
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EP2981759A1 (de
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Jens Burmeister
Lisa MORR
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Eaton Intelligent Power Ltd
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Eaton Intelligent Power Ltd
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Filing date
Publication date
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an LED module, a luminaire with such an LED module and a method for influencing a light spectrum.
  • a light spectrum or color spectrum is a part of the electromagnetic spectrum that can be perceived by the human eye without any further technical aids.
  • Such a light spectrum is composed of emitted or reflected spectral colors of a corresponding light source or of light sources.
  • a light source emits light with a specific frequency spectrum or corresponding spectral distribution, the corresponding frequencies of the light determining its color.
  • Corresponding artificial light sources differ in color, brightness, etc., with a visible portion of the light spectrum having a wavelength in the range of about 380 to 780 nm and frequencies in the range of about 3.8 x 10 14 to 7.9 x 10 14 Hz, respectively .
  • corresponding color components of the light spectrum are indistinguishable, with many light sources usually deliver a light spectrum as a combination of different individual colors that lead in the eye of a viewer to a total color impression or a mixed color.
  • Such a light color corresponds to a color impression of the light, which comes directly from a corresponding self-luminous light source. The light color depends on the spectral composition of this radiation.
  • the color rendering index In connection with the light color, another parameter has to be considered, which is called the color rendering index.
  • This index is a photometric quantity that describes the quality of the color reproduction of light sources of the same correlated color temperature.
  • the reproduction quality for example, up to a color temperature of 5000 K, the light emitted from a black body of a corresponding color temperature serves.
  • the color rendering index is "100" when a corresponding artificial light source perfectly reproduces the spectrum of a blackbody having the same color temperature in the range of visible wavelengths.
  • LED light sources that consume little energy while having a long life.
  • Corresponding LEDs usually generate a substantially monochromatic radiation, wherein the hue of the corresponding LED light is dominated by the dominant wavelength of the corresponding radiation.
  • LEDs in different colors such as red, orange, yellow, green or even blue.
  • white LEDs which typically use a conversion layer to actually convert blue light generated by the LED into white light. Such conversion layers are also known from fluorescent lamps.
  • a corresponding emission spectrum of an LED is relatively narrow-band, wherein, see the preceding statements, a corresponding dominant wavelength and thus the color of the light is dependent on the materials used to produce a corresponding semiconductor crystal of the LED.
  • LED light does not contain UV or IR radiation.
  • LEDs are preferably manufactured as LED modules. These are very flat and have a plurality of LEDs on a support, wherein such a support can also be flexible.
  • the carrier may be a printed circuit board equipped with appropriate wiring and / or with electronic components for actuating the LEDs.
  • the DE 10 2010 033 141 describes a lamp in which the light generated is influenced in spectral sensitivities of different species.
  • a lamp in which the light generated is influenced in spectral sensitivities of different species.
  • the light source of such a lamp for example, a previously described LED module or more of these is used.
  • a filter device is used which at least partially filters out one or more specific spectral regions of the emitted light. This will be Filtered out or at least attenuated spectral regions in which certain species and in particular animals have a higher sensitivity and in which spectral regions these species may be adversely affected. It is of course also conceivable that the spectral range of the light to be emitted is selected so that it positively influences one or more species.
  • the corresponding lamp can be used for example for street lighting or for lighting sidewalks or even in a lighting in parks or the like.
  • a corresponding filter device in the luminaire housing or in the region of a light exit opening of the lamp housing is arranged.
  • D. h. The influence of the corresponding light spectrum or color spectrum of the light source is effected by an additional device. Disadvantage of such a device is that a portion of the light is retained, and therefore the effectiveness of the entire lighting system is reduced. In other words, when filtering, the radiant power or radiant intensity decreases compared to a luminaire without filtering with the same power supply.
  • US 2010/020536 A1 describes LED subgroups as part of a general LED arrangement. The corresponding overall system is used to illuminate plants to improve their growth. Each LED array has two or more types of LEDs. The number of LEDs of each LED subassembly may be changed or, overall, the current of a subarray is adjusted.
  • the invention is therefore based on the object to allow influencing the light or color spectrum in a simple manner, without major structural changes or additional installations are to be made in a corresponding lamp, with only a small number of lights is used.
  • the LED module is distinguished by the fact that, given a particular number and color of the LEDs, these emit a total light emission spectrum composed of individual light emission spectra of each LED, wherein the LEDs can be varied relative to one another in the intensities of their individual light emission spectra. That is, there will be certain numbers of red, green, blue, and / or yellow
  • each of these LEDs is adjustable in intensity, so that by varying the individual intensities of the corresponding light emission spectra and then superimposing these spectra results in the total light emission spectrum.
  • the corresponding luminaire has at least one LED module, and several such modules can be used. Furthermore, such a luminaire has at least one luminaire housing, a light exit opening formed in the luminaire housing, and a glare limitation device. By this, the exit of the light from the light exit opening of the lamp is limited to a certain range, for example, to reduce a glare of the lamp.
  • Each LED is configured to emit substantially monochromatic light radiation.
  • the corresponding individual light emission spectrum of each LED is known or at least detectable beforehand. LEDs with different monochromatic light radiation are then arranged together on the corresponding LED carrier and by superposition of the individual light emission spectra with the respective intensity to form a total light emission spectrum, the correspondingly desired light spectrum of the light source results.
  • LEDs with the same monochromatic light radiation are each arranged on a submodule of the LED module. This means that LEDs with the same monochromatic light radiation are arranged together and, depending on the required number of corresponding LEDs, submodules are combined with such LEDs.
  • the LEDs are arranged relatively close to each other, so that even at a small distance and optionally with the aid of appropriate reflection devices no punctiform light sources are more recognizable, but only the superposition of all individual light emission spectra to the total light emission spectrum for a viewer is recognizable.
  • Each LED is individually controllable, d. H. in particular supplied with appropriate voltage or current.
  • the corresponding light color of the light emitted by the light is influenced in such a way that a plurality of LEDs are arranged at least in a row and / or a column on a corresponding LED module.
  • Each of the LEDs emits light according to a single light emission spectrum with appropriately adjusted intensity, the individual spectra of all the LEDs superimposing on a total light emission spectrum giving the light spectrum of the light source of the corresponding luminaire.
  • sub-modules By using sub-modules, it is possible in a simple manner to combine LEDs with the corresponding light color as required and also to select them in terms of their number. For example, if more yellow LEDs are needed, more sub-modules will be added with those yellow LEDs. This applies analogously for differently colored LEDs.
  • LEDs with different monochromatic light radiation are arranged on a submodule of the LED module. That is, already on a sub-module, a desired light color is provided by combining differently colored LEDs of corresponding intensity on this sub-module. A number of such sub-modules can then be used together as an LED module and these give the desired total light emission spectrum.
  • such a carrier can be a corresponding printed circuit board for supplying the LEDs, for the corresponding wiring for required connections and also for arranging further electronic or electrical devices.
  • the monochromatic LEDs may be associated with white LEDs.
  • the number of white LEDs can be determined by the color rendering index to reach a value of 100 or at least close to 100.
  • modules and / or sub-modules are arranged interchangeably in the luminaire. This can apply analogously to the corresponding LED carrier.
  • the submodules can be controlled individually. This means that, for example, a submodule with only yellow LEDs is only switched on if the total light emission spectrum is to be changed accordingly by connecting these yellow LEDs. This applies analogously to differently colored LEDs, white LEDs and the like.
  • the light spectrum is changed not only by connecting corresponding LEDs, but also by deliberately switching off certain LEDs with a known individual light emission spectrum. Also by such switching off of LEDs and optionally varying the intensities of the remaining LED's results in a change in the total light emission spectrum, which may have the desired effect.
  • FIG. 1 shows a perspective view obliquely from below of a lamp 2 with an LED module according to the invention 1.
  • corresponding LED modules 1 are arranged as a light source 13 on both sides to a light exit opening 11 in a lamp housing 10.
  • the LED modules 1 are both simultaneously controlled and supplied with voltage or current.
  • the illustrated luminaire 2 is shown only by way of example and simplified, wherein it can be used, for example, to illuminate paths, roads or the like.
  • the light exit opening 11 may be associated with a glare limiting device 12 which, for example, reduces the light exit opening 11 in the direction of the surface to be irradiated and possibly additionally emits light emitted by the light source limited to a specific area for lighting only.
  • FIG. 2 an arrangement of corresponding LEDs 4 along a row 8.
  • the LEDs 8 are all arranged on an LED support 3, which is formed for example as a printed circuit board.
  • the LED carrier 3 with LEDs 4 after FIG. 2 or after FIG. 3 forms a corresponding LED module 1.
  • the arrangement and number of LEDs 4 on the corresponding LED carrier 3 is shown only by way of example and with a small number of LEDs 4. It is also possible, more LED carrier 3 or LED modules 1 in the light 2 after FIG. 1 to use.
  • the various LEDs 4 on the carrier 3 are different colored LEDs and have, depending on the color, a different individual light emission spectrum, see also FIGS. 4 and 6 , LEDs are essentially monochromatic light sources, ie they emit light only in a narrow-band or limited spectral range. By selective selection of appropriate semiconductor materials and their doping, the properties of the light generated by LEDs can be varied. Today, there are LEDs of red, orange, yellow, green, blue and violet color. Also beyond this visible range of the light spectrum radiation can be produced by LEDs, see, for example, the near infrared range up to a wavelength of 1000 nm or even the ultraviolet range.
  • a blue or UV LED is used, with additional photoluminescent material. Similar to fluorescent tubes, this material converts the short-wave and higher-energy light into longer-wave light.
  • a corresponding number of individual LEDs 4 of different colors are arranged on the LED module 1 or LED carrier 3, see, for example, green LEDs 14, yellow LEDs 15, orange LEDs 16, red LEDs 17, or white LEDs 18.
  • FIG. 3 This applies analogously for FIG. 3 in which the corresponding LEDs 4 are arranged both in rows and columns, wherein in the illustrated embodiment five rows and ten columns of LEDs are provided on the corresponding LED carrier 3 and LED module 1, respectively.
  • different colored LEDs can be arranged both along a row and a column.
  • a corresponding LED module 1 or LED carrier 3 is composed of sub-modules 7. These may, for example, each have a predetermined number of differently colored LEDs, or be equipped with only monochromatic LEDs. This applies analogously to the embodiment according to FIG. 3 ,
  • the LEDs 4 are controlled differently on the corresponding carrier or by the corresponding module, ie. H. be individually supplied with voltage or power.
  • the light output of each LED with respect to its individual light emission spectrum is predetermined and well known, so that the various individual light emission spectra can be superimposed on a total light emission spectrum, see the following explanations.
  • each sub-module is occupied for example by LEDs of only one color. That is, for example, all of the yellow LEDs could be turned off or on or changed in intensity arranged on a specific sub-module 7. As a result, a corresponding individual light emission spectrum for the light color "yellow" would be missing or at least changed in intensity in the total light emission spectrum. Furthermore, it is possible to provide a plurality of sub-modules, each with the same color LEDs, so that, for example, a sub-module with yellow LEDs, two such sub-modules or more on / off or can be varied in intensity. This applies analogously for differently colored LEDs.
  • each submodule is also valid if differently colored LEDs are provided on each submodule, so that, depending on the requirement for the corresponding illumination, fewer or more such submodules are arranged in a luminaire with one another or driven in a luminaire.
  • FIG. 4 an embodiment for an LED module 1 with a number of individual light emission spectra 5 is shown. From left to right in FIG. 4 is first a single light emission spectrum for the color green, for the color yellow, for the color orange, and shown in red for the color.
  • the intensities of the corresponding spectra are given as a function of the wavelength in nm, for example, the intensities for the green, red and orange LEDs are equal and substantially three times greater than for the yellow LEDs. If one is sufficiently far away from the corresponding light source 13, or the light 2, the individual light emission spectra overlap to form a total light emission spectrum 6, see FIG. 5 in which no LEDs 4, see Figures 2 or 3, as individual light sources are more recognizable.
  • Figure 5 shows a mixture of four different LED types with different light colors, which may also be provided in different numbers.
  • a corresponding total light emission spectrum 6 can be assembled relatively well before the lamp is constructed by appropriate computer simulation or the like from the individual light emission spectra known per se. D. h., It can be specifically realized a corresponding total light emission spectrum for predetermined lighting purposes in a corresponding light.
  • FIGS. 6 and 7 is shown another embodiment, again from left to right in FIG. 6 corresponding individual light emission spectra 5 for green, yellow, orange, and red LEDs is shown.
  • the corresponding LEDs are operated with certain percentages of their usual intensity, for example the intensity of the red LED 37, 5%, the green LED 25%, the orange LED 100% and the yellow LED 87.5% respectively of the original or normal operating intensity.
  • the relative proportion of "green" is reduced compared to FIG. 5 ,
  • a light source with a total light emission spectrum 6 would be after FIG. 7 advantageous.
  • a light source with a total light emission spectrum 6 according to FIG. 5 could be used if value is placed on an increased proportion in the green range.
  • a white LED 18 which may be provided in addition to the colored LEDs, for example, to increase the color rendering index.
  • the colored LEDs for example, to increase the color rendering index.
  • the advantage of the present invention is that even with a relatively small number of LEDs, a controlled mixture of light is possible by using different intensities of the LEDs used in each case. For example, there is no need to change the overall light emission spectrum by turning on or off corresponding LEDs of a given color. That is, in the present invention, a corresponding spectral distribution with a small number of LEDs is possible. This is for example advantageous when small lamps are used, which can provide only a small space for the arrangement of LEDs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein LED-Modul, eine Leuchte mit einem solchen LED-Modul und ein Verfahren zur Beeinflussung eines Lichtspektrums.
  • Ein Lichtspektrum oder auch Farbspektrum ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, der ohne weitere technische Hilfsmittel vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Ein solches Lichtspektrum setzt sich aus emittierten oder reflektierten Spektralfarben einer entsprechenden Lichtquelle oder von Lichtquellen zusammen. Eine solche Lichtquelle sendet in der Regel Licht mit einem bestimmten Frequenzspektrum oder entsprechender Spektralverteilung aus, wobei die entsprechenden Frequenzen des Lichts seine Farbe bestimmen. Entsprechende künstliche Lichtquellen unterscheiden sich in Farbe, Helligkeit usw., wobei ein sichtbarer Teil des Lichtspektrums eine Wellenlänge im Bereich von in etwa 380 bis 780 nm beziehungsweise Frequenzen im Bereich von ungefähr 3,8 x 1014 bis 7,9 x 1014 Hz aufweist. Ohne optische Hilfsmittel sind entsprechende Farbkomponenten des Lichtspektrums nicht unterscheidbar, wobei viele Lichtquellen in der Regel ein Lichtspektrum als Kombination von unterschiedlichen Einzelfarben abgeben, die im Auge eines Betrachters zu einem Gesamtfarbeindruck beziehungsweise einer Mischfarbe führen. Eine solche Lichtfarbe entspricht einem Farbeindruck des Lichts, das direkt von einer entsprechenden selbstleuchtenden Lichtquelle stammt. Dabei hängt die Lichtfarbe von der spektralen Zusammensetzung dieser Strahlung ab.
  • Hinsichtlich der Lichtfarbe ergeben sich selbst bei einem an sich "weißen" Licht unterschiedliche Unterteilungen, wie warmweiß, neutralweiß, Tageslichtweiß und dergleichen. Jedem dieser entsprechenden Weißtöne wird eine unterschiedliche Wirkung auf den Menschen zugeordnet. Auch bei anderen Lichtfarben werden entsprechende psychologische Wirkungen auf den Betrachter diskutiert. Im Zusammenhang mit anderen Spezies ist außerdem noch zu beachten, dass diese in der Regel unterschiedliche Empfindlichkeiten für bestimmte Spektralbereiche im Vergleich zum Menschen aufweisen.
  • Im Zusammenhang mit der Lichtfarbe ist ein weiterer Parameter zu beachten, der als Farbwiedergabeindex bezeichnet wird.
  • Dieser Index ist eine fotometrische Größe, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. Als Referenz zur Beurteilung der Wiedergabequalität dient beispielsweise bis zu einer Farbtemperatur von 5000 K das Licht, das von einem schwarzen Strahler entsprechender Farbtemperatur abgegeben wird. Der Farbwiedergabeindex beträgt "100", wenn eine entsprechende künstliche Lichtquelle das Spektrum eines schwarzen Strahlers mit gleicher Farbtemperatur im Bereich der sichtbaren Wellenlängen perfekt nachbildet.
  • Ein Beispiel für in letzter Zeit häufig verwendete Lichtquellen sind LED-Lichtquellen, die wenig Energie verbrauchen und gleichzeitig eine lange Lebensdauer aufweisen. Entsprechende LEDs erzeugen in der Regel eine im Wesentlichen monochromatische Strahlung, wobei der Farbton des entsprechenden LED-Lichts durch die dominante Wellenlänge der entsprechenden Strahlung dominiert wird. Es gibt LEDs in verschiedenen Farben, wie rot, orange, gelb, grün oder auch blau. Ebenfalls sind weiße LEDs bekannt, wobei diese in der Regel eine Konversionsschicht verwenden, um eigentlich durch die LED erzeugtes blaues Licht in weißes Licht umzuwandeln. Solche Konversionsschichten sind ebenfalls aus Leuchtstofflampen bekannt.
  • Ein entsprechendes Emissionsspektrum einer LED ist relativ schmalbandig, wobei, siehe die vorangehenden Ausführungen, eine entsprechende dominante Wellenlänge und damit die Farbe des Lichts abhängig von den zur Herstellung eines entsprechenden Halbleiterkristalls der LED verwendeten Materialien ist. In der Regel enthält LED-Licht keine UV-oder IR-Strahlung.
  • LEDs werden bevorzugt als LED-Module hergestellt. Diese sind sehr flach und weisen eine Mehrzahl von LEDs auf einem Träger auf, wobei ein solcher Träger auch flexibel sein kann. Der Träger kann eine mit entsprechender Verdrahtung und/oder mit elektronischen Bausteinen bestückte Leiterplatte zur Betätigung der LEDs sein.
  • In der DE 10 2010 033 141 wird eine Leuchte beschrieben, bei der das erzeugte Licht hinsichtlich Spektralempfindlichkeiten unterschiedlicher Spezies beeinflusst wird. Als Lichtquelle einer solchen Leuchte wird beispielsweise ein vorangehend beschriebenes LED-Modul oder auch mehrere von diesen verwendet. Um das entsprechende Licht zu beeinflussen, wird eine Filtereinrichtung verwendet, die einen oder mehrere bestimmte Spektralbereiche des abgegebenen Lichts zumindest teilweise herausfiltert. Dadurch werden Spektralbereiche herausgefiltert oder zumindest abgeschwächt, in denen bestimmte Spezies und insbesondere Tiere eine höhere Empfindlichkeit aufweisen und in welchen Spektralbereichen diese Spezies gegebenenfalls negativ beeinflusst werden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass der Spektralbereich des abzugebenden Lichts dahingehend ausgewählt wird, dass er eine oder mehrere Spezies positiv beeinflusst. Die entsprechende Leuchte kann beispielsweise zur Straßenbeleuchtung oder zur Beleuchtung von Bürgersteigen oder auch bei einer Beleuchtung in Parks oder dergleichen eingesetzt werden.
  • Es ist selbstverständlich auch möglich, eine entsprechende Filterung für Licht in Räumen durchzuführen, in denen bestimmte Spektralbereiche des abgegebenen Lichts Reaktionen oder dergleichen auslösen könnten, siehe beispielsweise biologische, chemische oder auch physikalische Anwendungen.
  • Bei der DE 10 2010 033 141 ist eine entsprechende Filtereinrichtung im Leuchtengehäuse oder im Bereich einer Lichtaustrittsöffnung des Leuchtengehäuses angeordnet. D. h., die Beeinflussung des entsprechenden Lichtspektrums oder Farbspektrums der Lichtquelle erfolgt durch eine zusätzliche Einrichtung. Nachteil einer solchen Einrichtung ist, dass ein Teil des Lichts zurückgehalten wird, und daher die Effektivität des gesamten Beleuchtungssystems vermindert wird. D. h., bei einer Filterung sinkt die Strahlungsleistung oder Strahlstärke gegenüber einer Leuchte ohne Filterung bei gleicher Leistungsversorgung. US 2010/020536 A1 beschreibt LED-Untergruppen als Teil von einer allgemeinen LED Anordnung. Das entsprechende Gesamtsystem wird zur Beleuchtung von Pflanzen verwendet, um deren Wachstum zu verbessern. Jede LED-Anordnung weist zwei oder mehr Typen von LEDs auf. Die Anzahl der LEDs jeder LED-Unteranordnung kann geändert werden oder es wird insgesamt der Strom einer Unteranordnung angepasst.
  • DE 10 2007 026867 A1 beschreibt eine Leuchte mit unterschiedlichen LED-Reihen verschiede ner Farben. Jede Reihe von LEDs dergleichen Farbe wird insgesamt gesteuert.
  • DE 10 2005 061204 A1 offenbart Untermodule mit LEDs der gleichen Farbe. Diese werden alle gemeinsam gesteuert und es besteht weiterhin die Möglichkeit, ggf. eine weiße LED hinzuzufügen.
  • DE 10 2004 006005 A1 beschreibt eine Notbeleuchtung. Ein Farbwiedergabeindex soll durch Hinzufügen einer weißen LED ggf. angepasst werden. LEDs der gleichen Art werden insgesamt optimal angesteuert. US 2009/323334 A1 beschreibt eine lineare LED-Anordnung. Diese dient zur Erzeugung von weißem Licht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beeinflussung des Licht- oder Farbspektrums in einfacher Weise zu ermöglichen, ohne dass größere bauliche Änderungen oder zusätzliche Einbauten in einer entsprechenden Leuchte vorzunehmen sind, wobei nur eine geringe Anzahl von Leuchten verwendet wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dies gilt analog für die Merkmale des Verfahrensanspruchs sowie eine entsprechende Leuchte mit einem solchen LED-Modul.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich das LED-Modul dadurch aus, dass bei insbesondere festgelegter Anzahl und Farbe der LEDs diese ein sich aus Einzellichtemissionsspektren jeder LED zusammengesetztes Gesamtlichtemissionsspektrums abgeben, wobei die LED's in den Intensitäten ihren Einzellichtemissionsspektren relativ zueinander variierbar sind. Das heißt, es werden bestimmte Anzahlen von roten, grünen, blauen, und/oder gelben
  • LEDs auf dem LED-Modul verwendet, wobei jede dieser LEDs in ihrer Intensität einstellbar ist, sodass durch Variation der Einzelintensitäten der entsprechenden Lichtemissionsspektren und durch anschließende Überlagerung dieser Spektren sich das Gesamtlichtemissionsspektrum ergibt.
  • Die entsprechende Leuchte weist zumindest ein LED-Modul auf, wobei auch mehrere solche Module verwendbar sind. Weiterhin weist eine solche Leuchte zumindest ein Leuchtengehäuse, eine im Leuchtengehäuse ausgebildete Lichtaustrittsöffnung, und eine Blendbegrenzungseinrichtung auf. Durch diese wird der Austritt des Lichts aus der Lichtaustrittsöffnung der Leuchte auf einen bestimmten Bereich begrenzt, um beispielsweise eine Blendwirkung der Leuchte zu verringern. Jede LED ist zur Abgabe einer im Wesentlichen monochromatischen Lichtstrahlung ausgebildet. Das entsprechende Einzellichtemissionsspektrum einer jeden LED ist an sich bekannt oder zumindest vorher feststellbar. LEDs mit unterschiedlicher monochromatischer Lichtstrahlung werden dann zusammen auf dem entsprechenden LED-Träger angeordnet und durch Überlagerung der Einzellichtemissionsspektren mit jeweiliger Intensität zu einem Gesamtlichtemissionsspektrum ergibt sich das entsprechend erwünschte Lichtspektrum der Lichtquelle. LEDs mit gleicher monochromatischer Lichtstrahlung sind jeweils auf einem Untermodul des LED-Moduls angeordnet. D. h., dass LEDs mit gleicher monochromatischer Lichtstrahlung jeweils zusammen angeordnet sind und je nach erforderlicher Anzahl der entsprechenden LEDs Untermodule mit solchen LEDs kombiniert werden. Die LEDs sind dabei relativ nahe zueinander angeordnet, sodass bereits in einem geringen Abstand und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme entsprechender Reflektionseinrichtungen keine punktförmigen Lichtquellen mehr erkennbar sind, sondern nur noch die Überlagerung aller Einzellichtemissionsspektren zum Gesamtlichtemissionsspektrum für einen Betrachter erkennbar ist. Dabei ist jede LED einzeln ansteuerbar, d. h. insbesondere mit entsprechender Spannung beziehungsweise Stromstärke versorgt wird. Dadurch werden alle LEDs sicher gesteuert und das entsprechend abgegebene Einzellichtemissionsspektrum ist mit seiner entsprechenden Intensität gut reproduzierbar und in Addition aller Einzelemissionsspektren ist das Gesamtlichtemissionslichtspektrum sicher herstellbar. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass alle gleichfarbigen LEDs entsprechend mit ausgewählter Spannung bzw. Strom versorgt werden.
  • Verfahrensmäßig wird die entsprechende Lichtfarbe des von der Leuchte abgegebenen Lichts in der Weise beeinflusst, dass eine Mehrzahl von LEDs zumindest in einer Reihe und/oder einer Spalte auf einem entsprechenden LED-Modul angeordnet sind. Jede der LEDs gibt Licht gemäß einem Einzellichtemissionsspektrum mit entsprechend eingestellter Intensität ab, wobei sich die Einzelspektren aller LEDs zu einem Gesamtlichtemissionsspektrum überlagern, das das Lichtspektrum der Lichtquelle der entsprechenden Leuchte ergibt.
  • Durch Verwendung von Untermodulen besteht in einfacher Weise die Möglichkeit, je nach Erfordernis LEDs mit entsprechender Lichtfarbe zu kombinieren und auch bezüglich ihrer Anzahl auszuwählen. Werden beispielsweise mehr gelbe LEDs benötigt, werden mehr Untermodule mit solchen gelben LEDs hinzugefügt. Dies gilt analog für andersfarbige LEDs.
  • Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass LEDs mit unterschiedlicher monochromatischer Lichtstrahlung auf einem Untermodul des LED-Moduls angeordnet sind. D. h., bereits auf einem Untermodul wird eine erwünschte Lichtfarbe durch Kombination verschiedenfarbiger LEDs mit entsprechender Intensität auf diesem Untermodul bereitgestellt. Eine Anzahl solcher Untermodule ist dann zusammen als LED-Modul verwendbar und diese ergeben das gewünschte Gesamtlichtemissionsspektrum.
  • Bei Anordnung der LEDs sind diese entlang wenigstens einer Reihe und/oder einer Spalte auf dem entsprechenden LED-Träger angeordnet. Wie bereits einleitend gesagt, kann ein solcher Träger eine entsprechende Leiterplatte zur Versorgung der LEDs, zur entsprechenden Verdrahtung für benötigte Verbindungen und auch zur Anordnung weiterer elektronischer oder elektrischer Einrichtungen sein.
  • Bei einer solchen Reihen- und/oder Spaltenanordnung besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise entlang einer Reihe nur gleichfarbige LEDs oder entsprechend entlang einer Spalte solche LEDs angeordnet sind. Ebenfalls ist es denkbar, dass in jeder Reihe und/oder Spalte verschiedenfarbige LEDs vorgesehen sind.
  • Um gegebenenfalls den Farbwiedergabeindex der entsprechenden Lichtquelle zu erhöhen, können den monochromatischen LEDs weiße LEDs zugeordnet sein. Die Anzahl der weißen LEDs kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass der Farbwiedergabeindex einen Wert von 100 oder zumindest nahe 100 erreichen soll.
  • Um gegebenenfalls das Gesamtlichtemissionsspektrum in einfacher Weise ändern zu können, ist es denkbar, dass Module und/oder Untermodule austauschbar in der Leuchte angeordnet sind. Dies kann analog für den entsprechenden LED-Träger gelten.
  • Um gegebenenfalls kurzfristig die Lichtfarbe der Lichtquelle zu ändern, kann es sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn die Untermodule einzeln ansteuerbar sind. D. h., dass beispielsweise ein Untermodul mit nur gelben LEDs nur dann zugeschaltet wird, wenn das Gesamtlichtemissionsspektrum durch Zuschalten dieser gelben LEDs entsprechend geändert werden soll. Dies gilt analog für andersfarbige LEDs, weiße LEDs und dergleichen.
  • Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann eine solche Anpassung des Gesamtlichtemissionsspektrums insbesondere im Hinblick auf bestimmte Spezies erfolgen, die in einem Spektralbereich eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Anpassung des Gesamtlichtemissionsspektrums im Hinblick auf mehr als eine Spezies erfolgt, falls diese die gleiche Empfindlichkeit in einem spezifischen Spektralbereich aufweisen oder zumindest in nahe benachbarten Spektralbereichen. Es ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich, einen bestimmten Spektralbereich durch Zuschalten von LEDs im Hinblick auf Lichtabgabe zu verstärken, falls die zuzuschaltenden LEDs beispielsweise in diesem Spektralbereich leuchten. Dadurch können gewisse vorteilhafte Wirkungen in dem spezifischen Spektralbereich erhöht werden.
  • Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass nicht nur durch Zuschalten entsprechender LEDs das Lichtspektrum verändert wird, sondern auch durch gezieltes Abschalten bestimmter LEDs mit bekanntem Einzellichtemissionsspektrum. Auch durch ein solches Abschalten von LEDs und gegebenenfalls Variation der Intensitäten der verbleibenden LED's ergibt sich eine Veränderung im Gesamtlichtemissionsspektrum, das die erwünschte Wirkung aufweisen kann.
  • Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht von unten auf eine Leuchte mit LED-Modulen;
    Figur 2
    eine vergrößerte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines LED-Moduls;
    Figur 3
    eine vergrößerte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines LED-Moduls;
    Figur 4
    Einzellichtemissionsspektren unterschiedlicher Intensitäten für unterschied-lich farbige LEDs;
    Figur 5
    ein sich aus der in Figur 4 dargestellten Einzellichtemissionsspektren erge-bendes Gesamtlichtemissionsspektrum;
    Figur 6
    ein weiteres Beispiel analog zu Figur 4, und
    Figur 7
    ein Gesamtlichtemissionsspektrum aus Einzellichtemissionsspektren nach Figur 6.
  • Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf eine Leuchte 2 mit einem erfindungsgemäßen LED-Modul 1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind entsprechende LED-Module 1 als Lichtquelle 13 beidseitig zu einer Lichtaustrittsöffnung 11 in einem Leuchtengehäuse 10 angeordnet. Die LED-Module 1 sind beide gleichzeitig ansteuerbar und mit Spannung beziehungsweise Strom versorgbar. Die dargestellte Leuchte 2 ist nur exemplarisch und vereinfacht dargestellt, wobei sie beispielsweise zur Beleuchtung von Wegen, Straßen oder dergleichen einsetzbar ist. Um eine gegebenenfalls vorhandene Blendwirkung des entsprechenden Lichtmittels innerhalb der Leuchte 2 zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, kann der Lichtaustrittsöffnung 11 eine Blendbegrenzungseinrichtung 12 zugeordnet sein, die beispielsweise die Lichtaustrittsöffnung 11 in Richtung der zu bestrahlenden Fläche verkleinert und gegebenenfalls zusätzlich von der Lichtquelle abgegebenes Licht auf nur einen bestimmten Bereich zur Beleuchtung begrenzt.
  • Es sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele für ein entsprechendes LED-Modul 1 denkbar, wobei in den Figuren 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 erfolgt eine Anordnung entsprechender LEDs 4 entlang einer Reihe 8. Die LEDs 8 sind alle auf einem LED-Träger 3 angeordnet, der beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet ist. Der LED-Träger 3 mit LEDs 4 nach Figur 2 oder auch nach Figur 3 bildet ein entsprechendes LED-Modul 1. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass beispielesweise die Anordnung und Anzahl der LEDs 4 auf dem entsprechenden LED-Träger 3 nur exemplarisch und mit einer geringen Anzahl von LEDs 4 dargestellt ist. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, mehr LED-Träger 3 beziehungsweise LED-Module 1 in der Leuchte 2 nach Figur 1 zu verwenden.
  • Die verschiedenen LEDs 4 auf dem Träger 3 sind unterschiedlich farbige LEDs und weisen je nach Farbe ein anderes Einzellichtemissionsspektrum auf, siehe auch Figuren 4 und 6. LEDs sind im Wesentlichen monochromatische Lichtquellen, d. h. sie geben Licht nur in einem schmalbandigen beziehungsweise begrenzten Spektralbereich ab. Durch gezielte Auswahl entsprechender Halbleitermaterialien und deren Dotierung, können die Eigenschaften des von LEDs erzeugten Lichts variiert werden. Heutzutage gibt es LEDs von roter, orangener, gelber, grüner, blauer und violetter Farbe. Auch über diesen sichtbaren Bereich des Lichtspektrums hinaus ist Strahlung durch LEDs herstellbar, siehe beispielsweise den nahen Infrarotbereich bis zu eine Wellenlänge von 1000nm oder auch den ultravioletten Bereich.
  • Um mit einer Leuchtdiode weißes Licht zu erzeugen, wird beispielsweise eine blaue oder UV-LED eingesetzt, mit zusätzlich photolumineszierendem Material. Ähnlich wie bei Leuchtstoffröhren wird durch dieses Material das kurzwellige und höher energetische Licht in langwelligeres Licht umgewandelt.
  • Auf dem LED-Modul 1 beziehungsweise LED-Träger 3 ist eine entsprechende Anzahl von Einzel-LEDs 4 unterschiedlicher Farben angeordnet, siehe beispielsweise grüne LEDs 14, gelbe LEDs 15, orangene LEDs 16, rote LEDs 17, oder weiße LEDs 18.
  • Es sei nochmals angemerkt, dass Anordnung und Anzahl der LEDs nur beispielhaft ist.
  • Dies gilt analog für Figur 3, in der die entsprechenden LEDs 4 sowohl in Reihen als auch Spalten angeordnet sind, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Reihen und zehn Spalten von LEDs auf dem entsprechenden LED-Träger 3 beziehungsweise LED-Modul 1 vorgesehen sind.
  • Auch bei diesem Modul nach Figur 3 sind unterschiedlich farbige LEDs sowohl entlang einer Reihe als auch einer Spalte anordbar.
  • Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass ein entsprechendes LED-Modul 1 beziehungsweise LED-Träger 3 aus Untermodulen 7 zusammengesetzt ist. Diese können beispielsweise eine jeweils vorgegebene Anzahl unterschiedlich farbiger LEDs aufweisen, oder auch mit nur monochromatischen LEDs ausgestatten sein. Dies gilt analog für das Ausführungsbeispiel nach Figur 3.
  • Erfindungsgemäß hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die LEDs 4 auf dem entsprechenden Träger beziehungsweise vom entsprechenden Modul unterschiedlich angesteuert werden, d. h. individuell mit Spannung beziehungsweise Strom versorgt werden. Auf diese Weise ist ohne größeren Aufwand die Lichtabgabe einer jeden LED hinsichtlich ihres Einzellichtemissionsspektrums vorgegeben und gut bekannt, sodass die verschiedenen Einzellichtemissionsspektren zu einem Gesamtlichtemissionsspektrum überlagerbar sind, siehe die folgenden Ausführungen.
  • Es ist allerdings ebenfalls denkbar, dass die Untermodule separat angesteuert werden, wobei dies insbesondere günstig ist, wenn jedes Untermodul beispielsweise durch LEDs von nur einer Farbe besetzt ist. Das heißt, es könnten beispielsweise alle gelben LEDs aus- oder eingeschaltet oder in ihrer Intensität verändert werden, die auf einem spezifischen Untermodul 7 angeordnet sind. Dadurch würde in dem Gesamtlichtemissionsspektrum ein entsprechendes Einzellichtemissionsspektrum für die Lichtfarbe "gelb" fehlen oder zumindest in seiner Intensität verändert. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere Untermodule mit jeweils gleichfarbigen LEDs vorzusehen, sodass beispielsweise ein Untermodul mit gelben LEDs, zwei solcher Untermodule oder auch mehr ein-/ausgeschaltet oder intensitätsvariiert werden können. Dies gilt analog für andersfarbige LEDs.
  • Die vorangehenden Ausführungen sind ebenfalls gültig, wenn auf jedem Untermodul unterschiedlich farbige LEDs vorgesehen sind, sodass je nach Erfordernis für die entsprechende Beleuchtung weniger oder mehr solcher Untermodule miteinander in einer Leuchte angeordnet oder in einer Leuchte angesteuert werden.
  • In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für ein LED-Modul 1 mit einer Anzahl von Einzellichtemissionsspektren 5 dargestellt. Von links nach rechts in Figur 4 ist zuerst ein Einzellichtemissionsspektrum für die Farbe grün, für die Farbe gelb, für die Farbe orange, und für die Farbe rot dargestellt. Die Intensitäten der entsprechenden Spektren sind in Abhängigkeit von der Wellenlänge in nm angegeben, wobei beispielsweise die Intensitäten für die grünen, roten und orangenen LEDs gleich und im Wesentlichen dreimal größer als für die gelben LEDs sind. Ist man ausreichend weit entfernt von der entsprechenden Lichtquelle 13, beziehungsweise der Leuchte 2, überlagern sich die Einzellichtemissionsspektren zu einem Gesamtlichtemissionsspektrum 6, siehe Figur 5, bei dem keine LEDs 4, siehe Figuren 2 beziehungsweise 3, als Einzellichtquellen mehr erkennbar sind. D.h., Figur 5 zeigt eine Mischung von vier unterschiedlichen LED-Typen mit unterschiedlichen Lichtfarben, die außerdem in unterschiedlicher Anzahl vorgesehen sein können. Ein entsprechendes Gesamtlichtemissionsspektrum 6 ist bereits vor Aufbau der Lampe relativ gut durch entsprechende Computersimulation oder dergleichen aus den an sich bekannten Einzellichtemissionsspektren zusammensetzbar. D. h., es kann gezielt ein entsprechendes Gesamtlichtemissionsspektrum für vorgegebene Beleuchtungszwecke bei einer entsprechenden Leuchte realisiert werden.
  • In den Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei wiederum von links nach rechts in Figur 6 entsprechende Einzellichtemissionsspektren 5 für grüne, gelbe, orange, und rote LEDs dargestellt ist. In diesem Fall werden die entsprechenden LEDs mit bestimmten Prozentzahlen ihrer üblichen Intensität betrieben, wobei beispielsweise die Intensität der roten LED 37, 5%, der grünen LED 25%, der orangenen LED 100% und der gelben LED 87,5% jeweils der Original- oder Normalbetriebsintensität beträgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der relative Anteil von "grün" verringert im Vergleich zu Figur 5.
  • D.h., bei einer Spezies, die beispielsweise im grünen Bereich empfindlich reagiert, wäre eine Lichtquelle mit einem Gesamtlichtemissionsspektrum 6 nach Figur 7 von Vorteil. Umgekehrt könnte eine Lichtquelle mit einem Gesamtlichtemissionsspektrum 6 nach Figur 5 verwendet werden, wenn auf einen erhöhten Anteil im grünen Bereich Wert gelegt wird.
  • Die übrigen Anteile des Gesamtlichtemissionsspektrums nach Figuren 5 und 7 sind nahezu unverändert.
  • Durch entsprechende Auswahl der Anzahl, der Farbe und insbesondere der Variation der Intensitäten der verschiedenen LEDs eines Untermoduls 7 beziehungsweise des gesamten LED-Moduls 1 sind weitere Gesamtlichtemissionsspektren 6 je nach Wunsch und Erfordernis realisierbar.
  • Im Zusammenhang mit Figur 2 wurde auf eine weiße LED 18 hingewiesen, die zusätzlich zu den farbigen LEDs vorgesehen sein kann, um beispielsweise den Farbwiedergabeindex zu erhöhen. Selbstverständlich besteht in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, auch mehrere solcher weißer LEDs zu verwenden.
  • Wie vorangehend erläutert, ergibt sich bei vorliegender Erfindung der Vorteil, dass auch mit einer relativ geringen Anzahl von LEDs eine gesteuerte Mischung von Licht durch Verwendung unterschiedlicher Intensitäten der jeweils eingesetzten LEDs möglich ist. Es besteht beispielsweise nicht die Notwendigkeit, durch Zu- oder Abschalten entsprechender LEDs mit vorgegebener Farbe das Gesamtlichtemissionsspektrum zu ändern. D. h., bei vorliegender Erfindung ist eine entsprechende Spektralverteilung mit einer geringen Anzahl von LEDs möglich. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn kleine Lampen eingesetzt werden, die nur einen geringen Raum zur Anordnung von LEDs zur Verfügung stellen können.
  • Allerdings besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass neben der Variation der Intensitäten der einzelnen LEDs oder zumindest der gleichfarbigen LEDs ebenfalls und zusätzlich zur Intensitätsvariierung eine entsprechende Variierung von Anzahl und/oder Farbe der LEDs erfolgt.

Claims (10)

  1. LED-Modul (1) für eine Leuchte (2) mit zumindest einem LED-Träger (3) und einer auf diesem angeordneten Mehrzahl von LEDs (4) (lichtemittierende Dioden), insbesondere vorgegebener Anzahl und Farbe, welche zur Abgabe eines sich aus Einzellichtemissionsspektren (5) zusammengesetzten Gesamtlichtemissionsspektrum (6) in Intensitäten ihrer Einzellichtemissionsspektren relativ zueinander variierbar sind, wobei das Gesamtlichtemissionsspektrum der Leuchte im Wesentlichen frei von Spektralbereichen ist, in denen zumindest eine spezifische Spezies, insbesondere Tierart, eine höhere Empfindlichkeit im Vergleich zu anderen Spezies aufweist, wobei alle LEDs getrennt ansteuerbar sind, wobei
    jede LED (4) zur Abgabe im Wesentlichen monochromatischen Strahlung ausgebildet ist und
    LEDs mit gleicher monochromatischer Lichtstrahlung jeweils auf einem Untermodul (7) des LED-Moduls (1) angeordnet sind, wobei alle LEDs getrennt ansteuerbar sind.
  2. LED-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass LEDs mit jeweils unterschiedlicher monochromatischer Lichtstrahlung auf einem weiteren Untermodul (7) des LED-Moduls (1) angeordnet sind.
  3. LED-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass LEDs entlang wenigstens einer Reihe (8) und/oder einer Spalte (9) auf dem LED-Träger (3) anordbar sind.
  4. LED-Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den monochromatischen LEDs weiße LEDs zur Erhöhung eines Farbwiedergabeindex zugeordnet sind.
  5. LED-Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Module und/oder Untermodule austauschbar in der Leuchte anordbar sind.
  6. LED-Modul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Untermodule (7) einzeln ansteuerbar sind.
  7. Leuchte (2) mit einem Leuchtengehäuse (10), wenigstens einem im Leuchtengehäuse (10) als Lichtquelle (13) angeordneten LED-Modul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, einer im Leuchtengehäuse (10) ausgebildeten Lichtaustrittsöffnung (11), und einer insbesondere der Lichtaustrittsöffnung (11) zugeordneten Blendbegrenzungseinrichtung (12).
  8. Leuchte nach Anspruch7, wobei die Leuchte (2) als Wegeleuchte, Straßenleuchte oder dergleichen einsetzbar ist.
  9. Verfahren zur Beeinflussung eines Lichtspektrums einer Lichtquelle (13), welche Lichtquelle aus einer Vielzahl von in insbesondere Reihen (8) und/oder Spalten (9) auf einem LED-Modul (1) angeordneten Einzel-LEDs gebildet ist, wobei Einzelemissionsspektren der Einzel-LEDs, insbesondere bei vorgegebener Anzahl und Farbe der Einzel-LEDs, mit variierbarer Intensität zu einem Gesamtlichtemissionsspektrum als Lichtspektrum der Lichtquelle überlagert werden, wobei das Gesamtlichtemissionsspektrum der Leuchte im Wesentlichen frei von Spektralbereichen ist, in denen zumindest eine spezifische Spezies, insbesondere Tierart, eine höhere Empfindlichkeit im Vergleich zu anderen Spezies aufweist, mit einem gleichzeitigen und getrennten Ansteuern aller Einzel-LEDs durch einzelne Ansteuerung der Einzel-LEDs auf einem Untermodul (7) zur Auswahl der Anzahl von Einzel-LEDs bestimmter Farbe, wobei
    jede LED (4) zur Abgabe im Wesentlichen monochromatischer Strahlung ausgebildet ist und
    LEDs mit gleicher monochromatischer Lichtstrahlung jeweils auf einem Untermodul (7) des LED-Moduls (1) angeordnet sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Ansteuern einer Anzahl von weißen LEDs zusätzlich zu den angesteuerten farbigen LEDs.
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