WO2009146806A2 - Led-modul mit integrierten elektronischen bauteilen für die farbort- und intensitätssteuerung - Google Patents

Led-modul mit integrierten elektronischen bauteilen für die farbort- und intensitätssteuerung Download PDF

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WO2009146806A2
WO2009146806A2 PCT/EP2009/003664 EP2009003664W WO2009146806A2 WO 2009146806 A2 WO2009146806 A2 WO 2009146806A2 EP 2009003664 W EP2009003664 W EP 2009003664W WO 2009146806 A2 WO2009146806 A2 WO 2009146806A2
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Erwin Baumgartner
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Lumitech Produktion Und Entwicklung Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

Definitions

  • LED module with integrated electronic components for color location and intensity control
  • the Cl E standard or CIE standard color system is the definition of the International Commission on Illumination (CIE - International Commission on the Eclairage), colors based on the human
  • Fig. 01 shows the CIE 1931 diagram.
  • the abscissa represents the x value of the CIE 1931 diagram, the ordinate the y value of the CIE 1931 diagram.
  • Standardized colors with the following color temperatures can be displayed with x, y coordinates as follows.
  • Group B is one or more light emitting diodes with a dominant wavelength in the value range between 430nm-480nm.
  • group B can be formed by a plurality of light-emitting diodes with different dominant wavelengths in the value range between 430-480nm.
  • Group G is a light-emitting diode or several light-emitting diodes with a dominant wavelength in the value range between 500nm-560nm. Likewise, group G can be formed by a plurality of light emitting diodes with different dominant wavelengths in the value range between 500-560nm.
  • Group R is one or more light emitting diodes with a dominant wavelength in the value range between 580nm-650nm. Likewise, group R can be formed by a plurality of light emitting diodes with different dominant wavelengths in the value range between 580-650nm.
  • Group P is a light-emitting diode or a plurality of light-emitting diodes, light-emitting diodes of group B excite phosphors.
  • the emission color (color location in the CIE color chart) is determined by the type of phosphor and the amount of phosphorus.
  • RGB solution Red (group R), green (group G) and blue (group B) (hereinafter referred to as RGB solution). RGB solutions are characterized by low color rendering.
  • RGBA technology Adding Amber LEDs can increase color rendition.
  • phosphor LED In the phosphor conversion technology (hereinafter referred to as phosphor LED), a part of the primary blue light is taken up by a conversion phosphor and re-emitted as light in a higher wavelength region. With the right mix of blue LEDs with phosphors, white light can be generated. The wider emission of the phosphors creates a more continuous spectrum - the color rendering is higher than with RGB solutions.
  • Hybrid technology takes advantage of phosphor technology and RGB / RGBA technology.
  • RGB / RGBA technology the combination of monochrome LEDs with phosphor LEDs.
  • Wavelength deviating from the peak wavelength decisive for the visual impression.
  • Wavelength of the spectral color which when combined in suitable proportions additively coincides with the color point, coincides with the observed color valence.
  • Luminous efficacy of a radiation source Quotient of the emitted luminous flux and the electrical power consumed by the radiation source. Unit: Im / W
  • the color space is a measuring space for the unified visual perception "color.”
  • color is the set of each considered colors.
  • the calculation model of the CIE color space is executed:
  • Planck's Curve describes the temperature radiation emitted by a black body, indicated as a series of color loci in the CIE color chart. These colors are perceived as white by the human observer.
  • the maximum distance from Plank's curve, which is still perceived as white, is limited here to Mac Adams 10 (common indication of tolerance fields for light sources, the smaller the number according to Mac Adams, the smaller the tolerance field).
  • resistors whose electrical resistance changes as a function of the temperature.
  • PTC thermistor PTC thermistor
  • NTC thermistor NTC thermistor
  • LED technology has developed so much in recent years that LED technology can be used in general lighting.
  • the main driver for this field of application was and is the rapid increase in the efficiency of semiconductors. production process
  • Semiconductors for the LED technology can not be produced exactly reproducible in the production process. There are variations in the production of the dominant wavelength, the peak shape, the intensity and other parameters.
  • Wavelength temperature coefficient of the dominant wavelength
  • intensity temperature coefficient of the photometric characteristic
  • the absolute lumen output can be done with an increase in photometric efficiency only by reducing the electrical power consumption. A necessary replacement would require the replacement of the associated electronics or require a subsequent intensity calibration.
  • the invention is therefore based on the object to make an LED module of the type mentioned in the manner interchangeable that exactly the same light-optical properties can be achieved after adjustment of the module without adjustments to the control electronics.
  • the LED module according to the invention consists of the combination of several LEDs, e.g. LEDs from RGB RGBA or hybrid solutions.-
  • a non-volatile memory for example: EPROM or EEPROM
  • This EPROM contains all the parameters of a color space for the light control.
  • the EPROM can store data about the photometric efficiency.
  • the EPROM can store further data (serial number, maximum board temperature, operating hours, etc.).
  • a temperature-dependent resistor can be located on the LED module.
  • temperature-dependent parameters for the color space control and intensity calibration can be stored in the EPROM and thus be used for an exact color point control.
  • LED control electronics These data stored on the LED module are read out by the LED control electronics and used to calculate the necessary color components. Since all relevant data is stored on the LED module, only replacement of the LED module is necessary if replacement is necessary. The electronics reads the data from the EPROM and thus can calculate all necessary color components. The color location does not need to be recalibrated. Since data on the photometric efficiency can also be stored, it is possible for the first time to always produce the same absolute lumen packages when replacement supplies are required.
  • the EPROM on the LED module stores all tristimulus values (X 1 Y 1 Z) of each individual color of an RGB-RGBA or hybrid solution. Likewise, all temperature-dependent parameters are stored. Since the Y value represents the intensity, this formula work can also be used for the intensity calibration.
  • the associated CIE coordinates are calculated from the desired color temperature.
  • the following formulas are used by way of example:
  • Colorimetric data (X 1 Y 1 Z) are read out of the LED module and used for the calculation.
  • 3 formulas are shown.
  • pbP ⁇ , - gbP - ((XP-YR-XR-YP-YP-ZR + YR-ZP) ciex + (XP- (YR + ZR) -XR- (YP + ZP)) -Ciey- XP-YR + XR - YP)
  • pbP pulse width for channel green (phosphor green)
  • pbB pulse width for channel blue
  • pbR pulse width for channel red
  • An essential advantage of the present invention is that it is now possible for the first time to use different LEDs from different manufacturers or development stages with the integrated electronic components for the color modulation and intensity calibration. Because of the values stored in the EPROM, it is readily possible to take any LED into account accordingly. When the LED module is delivered, all relevant values are measured at the factory and stored in the EPROM of the LED module. The LED control electronics used reads out the necessary data from the EPROM and processes them for color locus control or intensity calibration. Furthermore, the temperature of the LED module can be periodically read out via a temperature-dependent resistor and used for color location control and intensity calibration.
  • an EPROM is still arranged on the board of the LED module, in which the different color loci and photometric efficiencies or intensities of the LEDs used are stored. In this way it is possible and appropriate to assign the color loci to the LEDs used on the LED module.
  • control channels The outputs of the LEDs on the LED module are referred to as control channels, and these control channels are inserted in LED drive electronics.
  • Each channel (power supply) for each LED is referred to and considered as a constant current source.
  • the EPROM acts with its data on the constant current source in the sense of a drive to set the constant current source to a certain current and then supply this current to the LED.
  • the stored values in the EPROM always ensure that the LED is exactly supplied with the current, as it corresponds to the stored color locus in the EPROM. In this way, every color location of each LED on the LED module can be generated reproducibly. Furthermore, the intensity can be reproducibly calculated.
  • the LED module is replaced, then reads the arranged in the LED control electronics microprocessor data from the replaced LED module and that of the EPROM arranged there and now in turn controls the individual individual individual constant current sources in the LED control electronics, in turn now To supply the so connected LED module with such a current and separated for each channel, in turn, each color location / intensity of each LED to achieve exactly.
  • the LED module can furthermore be combined with a temperature-dependent resistor (eg an NTC or PTC).
  • a temperature-dependent resistor eg an NTC or PTC.
  • Fig. 2 such an embodiment is shown, where it can be seen that in a LED module 1 total z. B. three different LEDs 8-10 of the light colors red, green and blue are arranged and each LED is assigned a corresponding channel 3, 4, 5 for the power supply. On the board of the LED module 1 in this case an EPROM 2 is arranged.
  • the channels are all introduced into an LED control electronics 6, in which a microprocessor 19 is arranged. Furthermore, the microprocessor acts on corresponding constant current sources 12-14, each constant current source acting on a channel 3, 4, 5.
  • the microprocessor 19 now reads the data from the EPROM 2 via its own channel and accordingly controls the constant current sources 12-14 for driving the channels 3, 4, 5, so as to the respective LED to achieve an ideal, preset color location / intensity bring.
  • Figure 3 shows the current circuit diagram of such an arrangement. It can be seen that the LEDs 11, 12, 13 are each arranged in separate groups 8, 9, 10 (see Fig. 2), each group 8, 9, 10 assigned a separate channel 3, 4, 5 for driving is.
  • All channels 3, 4, 5 are fed via a connector 14 to the EPROM 2.
  • Fig. 3 is still shown that two output channels 15 are provided on the EEPROM, which also run on the connector 14. It is not shown that the control electronics 6 attaches to the connector 14, in which a microprocessor 19 is arranged (see Fig.2).
  • the microprocessor 19 in turn acts on the constant current sources, which are controlled by the microprocessor, in response to the output signals of the EEPROM via the output channel 15th
  • LED module 1 which has stored its characteristic data in an EPROM.
  • the assignment of LEDs and an EPROM on a single LED module has the advantage that it is easily interchangeable and always designed to be interchangeable, and always the same color locations / intensities are achieved when replacing.

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  • Led Devices (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines LED-Moduls bestehend aus einer Anzahl von verschieden farbigen LEDs, die von einer Ansteuerschaltung über Ansteuersignale ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerschaltung mindestens ein EPROM aufweist, aus dem die Ansteuersignale abrufbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im EPROM die Parameter eines Farbraums für die Lichtsteuerung des LED-Moduls gespeichert sind, und dass die im EPROM gespeicherten Daten von der Elektronik ausgelesen, alle notwendigen Farbanteile der einzelnen LEDs berechnet und zur Berechnung der notwendigen Farbanteile herangezogen werden.

Description

LED-Modul mit integrierten elektronischen Bauteilen für die Farbort- und Intensitätssteuerung
Definitionen:
CIE 1931 :
Das Cl E-Norm valenzsystem oder CIE-Normfarbsystem ist die Definition der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE - Commission internationale de l'eclairage), Farben beruhend auf dem menschlichen
Farbwahrnehmungsapparat darzustellen. Diese Darstellung erlaubt es, einen Farbort mit 2 Koordinaten darzustellen. Abb. 01 zeigt das CIE 1931 -Diagramm. Die Abszisse stellt den x-Wert des CIE 1931 Diagramms dar- die Ordinate den y-Wert des CIE 1931 Diagramms.
Standardfarbtemperaturen:
Standardisierte Farben mit folgenden Farbtemperaturen können mit x,y- Koordinaten wie folgt dargestellt werden.
Figure imgf000002_0001
Tabelle 1 : CIE 1931 Koordinaten von Standardfarbtemperaturen
Gruppe B:
Gruppe B ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 430nm-480nm.
Ebenso kann Gruppe B durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 430-480nm gebildet werden.
Gruppe G: Gruppe G ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 500nm-560nm. Ebenso kann Gruppe G durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 500-560nm gebildet werden.
Gruppe R:
Gruppe R ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden mit einer dominanten Wellenlänge im Wertebereich zwischen 580nm-650nm. Ebenso kann Gruppe R durch mehrere Leuchtdioden mit unterschiedlichen dominanten Wellenlängen im Wertebereich zwischen 580-650nm gebildet werden.
Gruppe P:
Gruppe P ist eine Leuchtdiode oder mehrere Leuchtdioden wobei Leuchtdioden der Gruppe B Phosphore anregen. Die Emissionsfarbe (Farbort im CIE Farbdiagramm) wird durch die Art des Phosphors und die Menge des Phosphors bestimmt.
RGB-Technologie:
Weißes LED Licht kann durch die additive Mischung der drei Farben Rot (Gruppe R), Grün (Gruppe G) und Blau (Gruppe B) erzeugt werden (im Folgenden als RGB Lösung bezeichnet). RGB Lösungen zeichnen sich durch geringe Farbwiedergabe aus.
RGBA-Technologie: Durch das Hinzufügen von Amber-LEDs kann die Farbwiedergabe erhöht werden.
Phosphor-Technologie:
In der Phosphorkonversions-Technologie (im Folgenden als Phosphor LED bezeichnet) wird ein Teil des primären blauen Lichtes von einem Konversionsleuchtstoff aufgenommen und als Licht in einem höheren Wellenlängenbereich wieder emittiert. Bei der richtigen Mischung von blauen LEDs mit Phosphoren kann weißes Licht erzeugt werden. Die breitere Emission der Phosphore erzeugt ein kontinuierlicheres Spektrum - die Farbwiedergabe ist höher als bei RGB-Lösungen. Hybrid -Technologie:
Die Hybridtechnologie nutzt die Vorteile der Phosphor-Technologie und der RGB/RGBA Technologie. Hier erfolgt die Kombination von monochromen LEDs mit Phosphor LEDs.
Die in der deutschen Patentanmeldung 102007043355.9 beschriebene Ausführungsform einer grün-gelben Phosphor LED sehr guter Effizienz kombiniert mit blauen und roten LEDs kann Weißlicht mit Farbtemperaturen zwischen 2700K und 6500K mit hohem Ra erzeugen. Die Effizienz dieser Hybridlösung ist sehr gut, die Komplexität ist vergleichsweise gering.
Dominante Wellenlänge
Von der Peak-Wellenlänge abweichende Wellenlänge, maßgebend für den visuellen Eindruck. Wellenlänge der Spektralfarbe, die, wenn in geeigneten Proportionen additiv mit dem Unbuntpunkt gemischt, mit der betrachteten Farbvalenz zusammenfällt.
Lichtausbeute einer Strahlungsquelle Quotient aus dem ausgesandten Lichtstrom und der von der Strahlungsquelle verbrauchten elektrischen Leistung. Einheit: Im/W
Temperaturkoeffizient der Dominanten Wellenlänge Änderung der dominanten Wellenlänge bei Änderung der Umgebungstemperatur bei festgelegtem Durchlassstrom in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur. Einheit: nm/K
Temperaturkoeffizient der photometrischen Kenngröße
Änderung der photometrischen Kenngröße bei Änderung der Umgebungstemperatur bei festgelegtem Durchlassstrom in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur. Einheit Im/K
Farbraum:
Der Farbraum ist ein Messraum für die einheitliche visuelle Wahrnehmung „Farbe". In dieser mathematischen Konstruktion ist die Menge der jeweils betrachteten Farben enthalten. Beispielhaft ist das Rechenmodell des CIE Farbraums ausgeführt:
X Y Z x ~ x +γ+ z y ~ x + γ+ z z ~ x + γ+ z
x+y + z = \
Weißes Licht:
Farborte auf oder in der Nähe der Plank'schen Kurve sind weißes Licht. Die Planck'sche Kurve beschreibt die von einem schwarzen Körper abgegebene Temperaturstrahlung, angegeben als Reihe von Farborten im CIE Farbdiagramm. Diese Farben werden vom menschlichen Betrachter als weiß empfunden. Der maximale Abstand von der Plank'schen Kurve, der noch als weiß empfunden wird, ist hier mit Mac Adams 10 begrenzt (übliche Angabe von Toleranzfeldern für Lichtquellen, je kleiner die Zahl nach Mac Adams, desto kleiner ist das Toleranzfeld).
Nicht flüchtiger Speicher
Elektronikbauteile, die auch ohne Aufrechterhaltung der Energieversorgung die Information halten können. Beispielhaft sind folgende Ausführungen angeführt: EPROM, EEPROM, Flash Speicher.
Temperaturabhängiger Widerstand
Sind Widerstände, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit der Temperatur verändert. Beispielhaft sind folgende Ausführungen angeführt: Kaltleiter (PTC), Heißleiter (NTC).
Einleitung:
Die LED-Technologie hat sich in den letzten Jahren so stark weiterentwickelt, dass LED-Technologie in der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden kann. Der wesentliche Treiber für dieses Anwendungsgebiet war und ist die rasante Effizienzsteigerung der Halbleiter. Produktionsprozess
Halbleiter für die LED Technologie können im Produktionsprozess nicht exakt reproduzierbar hergestellt werden. So gibt es Produktionsschwankungen bei der dominaten Wellenlänge, der Peakform, der Intensität und weiterer Parameter.
Temperaturkoeffizienten
Im Betrieb erwärmt sich der Halbleiter. Diese Erwärmung bewirkt eine Veränderung der dorn. Wellenlänge (Temperaturkoeffizient der dominanten Wellenlänge) und der Intensität (Temperaturkoeffizient der photometrischen Kenngröße). Dieses Verhalten ist für LEDs der Gruppen R, B, G, P, etc. unterschiedlich.
Entwicklungszyklen Hersteller von LED Halbleitern haben nicht synchrone Entwicklungszyklen für die jeweiligen Gruppen von LEDs (Gruppe B1R1G1P, etc.). So kann die Effizienz von LEDs der Gruppe B um z.B.: 30% gesteigert werden und im gleichen Zeitrum die Effizienz der Gruppe R nur um z.B.: 20% gesteigert werden.
Die dem Konsumenten und der Industrie vertrauten Standardleuchtmittel, wie Glühbirne, Halogenlampe, Energiesparlampe, Leuchtstoffröhre, etc. haben definierte absolute Lumenpakete. Beispielhaft sind eine Auswahl von Leuchtmittel in Tabelle Tab. 02 angeführt.
Figure imgf000006_0001
Tab. 02: Absolute Lumen von Standardleuchtmittel
Durch die rasante Entwicklung der LED Technologie kann bei konstanter Leistungsaufnahme (in W elektrisch) durch die steigende photometrische Effizienz innerhalb kurzer Zeit der absolute Lumenoutput um beispielhaft 20- 30% gesteigert werden. Diese durch den Produktionsprozess, durch unterschiedliche Temperatur- koeffizienten und nicht synchrone Entwicklungszyklen nicht exakten Parameter erschweren es, mittels RGB/RGBA oder Hybridtechnologien weißes Licht reproduzierbar zu erzeugen. Aber nur diese Technologien erlauben es, die Farbtemperatur zu verändern, bzw. einen durch die LEDs definierten Farbraum aufzuspannen.
Weiters kann durch die steigende photometrische Effizienz der absolute Lumenoutput jeder am Markt erhältlichen LED nicht gewährleistet werden (bei konstanter Leistungsaufnahme).
Stand der Technik:
Ist nach einem Defekt bzw. einer notwendigen Erweiterung eines RGB- RGBA oder Hybrid LED-Moduls eine Neubeschaffung notwendig, kann kein LED Hersteller sicherstellen, dass LEDs derselben Eigenschaft noch zur Verfügung stehen. Aber nur die Reproduzierbarkeit von definiertem LED Licht wird den Einsatz von LED Technologie in der Allgemeinbeleuchtung ermöglichen.
Nur ein Farbsensor, der den Farbort bestimmt und somit die einzelnen Farbanteile der RGB- RGBA oder Hybridlösungen berechnet werden können, erlaubt eine genaue Farbortsteuerung und wenn gewünscht, Intensitätssteuerung um einen fixen Lumenoutput zu gewährleisten. Nicht für jede Anwendung kann aber ein Farbsensor genutzt werden.
Der absolute Lumenoutput kann bei einer Steigerung der photometrischen Effizienz nur durch eine Reduktion der elektrischen Leistungsaufnahme erfolgen. Eine notwendige Ersatzbeschaffung würde den Austausch der zugehörigen Elektronik bedingen bzw. eine nachträgliche Intensitätskalibrierung erfordern.
Mit dem Gegenstand der DE 101 03 422 A1 ist bekannt, dass der Farbton des Lichtes durch unterschiedliche Ansteuerung von farbigen LEDs bestimmt werden kann. Eine Speicherung bestimmter Ansteuersignale ist nicht vorgesehen. Mit der der DE 197 11 885 A1 wird der gewünschte Verlauf eines Ansteuersignals für LEDs vorprogrammiert und in einem EPROM gespeichert. Das Ansteuersignal wird jedoch nur für die Erzeugung von Lichteffekten (Dimmen, Flackern) verwendet.
Mit der DE 699 12 623 T2 wird eine Anzeigevorrichtung mit einem Feld aus LEDs beschrieben, die durch eine programmierbare Steuerung wahlweise ein- und ausgeschaltet werden. An eine Austauschbarkeit der LED-Module bei gleichzeitiger Wiederherstellung der licht-optischen Eigenschaften nach dem Austausch ist jedoch nicht gedacht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein LED-Modul der eingangs genannten Art in der Weise austauschbar zu gestalten, dass nach Austausch des Moduls genau die gleichen licht-optischen Eigenschaften ohne Einstellarbeiten an der Ansteuerelektronik erreicht werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im geltenden Anspruch 1 gegeben.
Das erfindungsgemäße LED-Modul besteht aus der Kombination mehrerer LEDs, z.B. LEDs von RGB- RGBA oder Hybridlösungen.- Zusätzlich befindet sich ein nicht flüchtiger Speicher (z.B.: EPROM oder EEPROM) am LED-Modul.
Dieses EPROM enthält alle Parameter eines Farbraums für die Lichtsteuerung.
Weiters kann das EPROM Daten über die photometrische Effizienz speichern.
Diese können dazu genutzt werden, das absolute Lumenpaket konstant zu halten, trotz der zu erwartenden starken Steigerung der photometrischen
Effizienz. Weiters kann das EPROM weitere Daten speichern (Seriennummer, max. erreichte Boardtemperatur, Betriebsstunden, etc.).
Weiters kann sich ein temperaturabhängiger Widerstand am LED-Modul befinden. Somit können auch temperaturabhängige Parameter für die Farbraumsteuerung und Intensitätskalibrierung im EPROM gespeichert werden und somit für eine exakte Farbortsteuerung genutzt werden.
Diese am LED-Modul gespeicherten Daten werden von der LED Ansteuerelektronik ausgelesen und zur Berechnung der notwendigen Farbanteile herangezogen. Da alle relevanten Daten am LED-Modul gespeichert sind, ist bei einer notwendigen Ersatzbeschaffung nur ein Austausch des LED-Moduls notwendig. Die Elektronik liest die Daten aus dem EPROM und kann somit alle notwendigen Farbanteile errechnen. Der Farbort muss nicht neuerlich kalibriert werden. Da auch Daten über die photometrische Effizienz gespeichert werden können, ist es erstmals möglich, bei notwendigen Ersatzbeschaffungen immer die gleichen absoluten Lumenpakete zu erzeugen.
Beispiel CIE 1931 -Farbraum:
Im EPROM am LED-Modul sind alle Tristimuluswerte (X1Y1Z) jeder einzelnen Farbe einer RGB- RGBA oder Hybridlösung gespeichert. Ebenso sind alle temperaturabhängigen Parameter gespeichert. Da der Y-Wert die Intensität repräsentiert, kann dieses Formelwerk ebenso für die Intensitätskalibrierung genutzt werden.
In der Software der LED-Ansteuerelektronik werden aus der gewünschten Farbtemperatur die dazugehörigen CIE-Koordinaten berechnet. Dazu werden beispielhaft folgende Formeln verwendet:
ciex ^ - 1,2368 - cct3 + 2,516 - cct2 - 1,8671 - cct + 0,804 ciey = 0,3595 • cct3 - 0,3257 • cct2 - 0,1748 • cct + 0,4759
Um die Pulsbreiten für die jeweiligen Kanäle zu ermitteln werden die
Farbmetrikdaten (X1Y1Z) aus dem LED-Modul ausgelesen und zur Berechnung herangezogen. Beispielhaft sind 3 Formeln dargestellt.
pbP = \ , - gbP-((XP- YR- XR - YP- YP- ZR + YR- ZP) ciex + (XP - (YR + ZR)- XR - (YP+ ZP))-ciey- XP- YR + XR - YP)
P ~ (XB YR- XR - YB- YB- ZR + YR - ZB)-ciex + (XB -(YR + ZR)- XR -(YB + ZB))-ciey- XB -YR + XR -YB
- ((pbB -(XB + YB + ZB)+ pbP -(XP + YP+ ZP))- ciex - pbB ■ XB - pbP ■ XP) P ~ (XR + YR + ZR)- ciex - XR
wobei: pbP... Pulsbreite für Kanal Grün (Phosphorgrün) pbB... Pulsbreite für Kanal Blau pbR... Pulsbreite für Kanal Rot
XP1 YP, ZP... Parameter für Grün (Phosphorgrün) XB1 YB, ZB... Parameter für Blau XR, YR, ZR... Parameter für Rot Wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es nun mit den integrierten elektronischen Bauteilen für die Farbaussteuerung und Intensitätskalibrierung erstmals möglich ist, unterschiedliche LEDs von unterschiedlichen Herstellern bzw. Entwicklungsstufen einzusetzen. Denn es ist aufgrund der im EPROM abgespeicherten Werte ohne weiteres möglich, jede beliebige LED nun entsprechend zu berücksichtigen. Werkseitig werden bei der Auslieferung des LED-Moduls alle relevanten Werte vermessen und im EPROM des LED-Moduls gespeichert. Die verwendete LED-Ansteuerelektronik liest die notwendigen Daten aus dem EPROM aus und verarbeitet diese für die Farbortsteuerung bzw. Intensitätskalibrierung. Weiters kann über einen temperaturabhängigen Widerstand periodisch die Temperatur des LED-Moduls ausgelesen werden und zur Farbortsteuerung und Intensitätskalibrierung genutzt werden.
Es wird also davon ausgegangen, dass ein LED-Modul vorhanden ist, auf dem eine Mehrzahl von unterschiedlichen LEDs angeordnet ist, die mit entsprechenden Leitungen nach außen geführt sind.
Gleichzeitig ist auf der Platine des LED-Moduls noch ein EPROM angeordnet, in dem die verschiedenen Farborte und photometrische Effizienzen bzw. Intensitäten der verwendeten LEDs eingespeichert sind. Auf diese Weise ist eine Zuordnung der Farborte zu den auf dem LED-Modul verwendeten LEDs möglich und gegeben.
Die Ausgänge der LEDs am LED-Modul werden als Steuerkanäle bezeichnet und diese Steuerkanäle sind in einer LED-Ansteuerelektronik eingeführt.
Jeder Kanal (Stromversorgung) für jede LED wird als Konstantstromquelle bezeichnet und betrachtet. Das EPROM wirkt mit seinen Daten auf die Konstantstromquelle im Sinne einer Ansteuerung, um die Konstantstromquelle auf einen bestimmten Strom einzustellen und diesen Strom dann der LED zuzuführen.
Auf diese Weise wird durch die eingespeicherten Werte im EPROM stets dafür gesorgt, dass die LED genau mit dem Strom versorgt wird, wie es dem eingespeicherten Farbort im EPROM entspricht. Damit kann reproduzierbar jeder Farbort jeder LED auf dem LED-Modul erzeugt werden. Weiters kann reproduzierbar die Intensität berechnet werden.
Wird nun das LED-Modul ausgetauscht, dann liest der in der LED- Ansteuerelektronik angeordnete Mikroprozessor die Daten des ausgetauschten LED-Moduls und zwar des dort angeordneten EPROMs aus und steuert nun wiederum individuell die einzelnen Konstantstromquellen in der LED- Ansteuerelektronik an, um wiederum nun das so angeschlossene LED-Modul mit einem solchen Strom zu versorgen und zwar für jeden Kanal getrennt, um wiederum jeden Farbort/Intensität jeder LED genau zu erreichen.
Damit wird sichergestellt, dass beim Austausch eines LED-Moduls auch das EPROM mit ausgetauscht wird und somit eine Zuordnung zwischen LED-Modul und der LED-Ansteuerelektronik und dem dort angeordneten Mikroprozessor gegeben ist.
Damit ist sichergestellt, dass beim Austausch eines LED-Moduls stets immer die gleichen Farborte/Intensitäten des LED-Moduls garantiert sind.
Da LEDs unterschiedlicher Gruppen auch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten haben und dies beispielhaft über einen temperaturabhängigen Widerstand gemessen und kompensiert werden kann, kann das LED-Modul weiters mit einem temperaturabhängigen Widerstand kombiniert werden (z. B. einem NTC oder PTC). Somit kann auch der Mikroprozessor in der LED-Ansteuerelektronik die Daten bezüglich des Temperaturganges auslesen und für die Errechnung der einzelnen Ströme in der jeweiligen Konstantstromquelle nutzen.
Es gibt also zwei Ausführungsvarianten nach der vorliegenden Erfindung, nämlich einmal ein EPROM, welches in der Lage ist, den gewünschten Farbort/Intensität genau pro Kanal einzustellen und ferner eine zusätzliche Berücksichtigung eines Temperaturganges, welcher vom temperaturabhängigem Widerstand eingelesen wird.
In Abb. 2 ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt, wo erkennbar ist, dass in einem LED-Modul 1 insgesamt z. B. drei unterschiedliche LEDs 8-10 der Lichtfarben rot, grün und blau angeordnet sind und jedem LED ein entsprechender Kanal 3, 4, 5 für die Stromversorgung zugeordnet ist. Auf der Platine des LED-Moduls 1 ist hierbei ein EPROM 2 angeordnet.
Die Kanäle sind alle in eine LED-Ansteuerelektronik 6 eingeführt, in der ein Mikroprozessor 19 angeordnet ist. Ferner wirkt der Mikroprozessor auf entsprechende Konstantstromquellen 12-14, wobei jede Konstantstromquelle auf einen Kanal 3, 4, 5 wirkt.
Der Mikroprozessor 19 liest nun die Daten aus dem EPROM 2 über einen eigenen Kanal aus und steuert dementsprechend die Konstantstromquellen 12- 14 zur Ansteuerung der Kanäle 3, 4, 5 an, um so die jeweilige LED zur Erreichung eines idealen, voreingestellten Farbortes/Intensität zu bringen.
In Abbildung 3 ist das aktuelle Schaltbild einer solchen Anordnung dargestellt. Hieraus ist erkennbar, dass die LEDs 11 , 12, 13 jeweils in voneinander getrennten Gruppen 8, 9, 10 (siehe Abb. 2) angeordnet sind, wobei jeder Gruppe 8, 9, 10 ein eigener Kanal 3, 4, 5 zur Ansteuerung zugeordnet ist.
Alle Kanäle 3, 4, 5 werden über einen Steckverbinder 14 dem EPROM 2 zugeführt.
In Abb. 3 ist noch dargestellt, dass am EEPROM zwei Ausgangskanäle 15 vorgesehen sind, die ebenfalls über den Steckverbinder 14 laufen. Es ist nicht dargestellt, dass am Steckverbinder 14 die Ansteuerelektronik 6 ansetzt, in der ein Mikroprozessor 19 angeordnet ist (siehe Abb.2).
Der Mikroprozessor 19 seinerseits wirkt auf die Konstantstromquellen, die von dem Mikroprozessor gesteuert werden und zwar in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des EEPROM über den Ausgangskanal 15.
Mit der vorliegenden Erfindung ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun unabhängig von der Art, dem Alter und dem Entwicklungsstand von einzelnen LEDs 8-13, stets ein LED-Modul 1 gegeben ist, welches seine charakteristischen Daten in ein EPROM eingespeichert hat. Durch die Zuordnung von LEDs und einem EPROM auf einem einzigen LED-Modul ergibt sich der Vorteil, dass dieses leicht auswechselbar ist und immer austauschbar ausgebildet ist, und beim Austausch immer die gleichen Farborte/Intensitäten erzielt werden. Zeichnungsleqende
1 LED-Modul
2 EPROM
3 Kanal
4 Kanal
5 Kanal
6 Ansteuerelektronik
7 NTC-Widerstand
8 LED
9 LED
10 LED
11 LED
12 LED
13 LED
14 Steckverbinder
15 Ausgangskanal
16 Konstantstromquelle
17 Konstantstromquelle
18 Konstantstromquelle
19 Mikroprozessor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines LED-Moduls bestehend aus einer Anzahl von verschieden farbigen LEDs, die von einer Ansteuerschaltung über Ansteuersignale ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerschaltung mindestens ein EPROM aufweist, aus dem die Ansteuersignale abrufbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im EPROM (2) mindestens die Parameter eines Farbraums für die Lichtsteuerung des LED-Moduls (1 ) gespeichert sind, und dass die im EPROM gespeicherten Daten von der Elektronik (2, 19) ausgelesen, alle notwendigen Farbanteile der einzelnen LEDs (8-10) berechnet und zur Berechnung der notwendigen Farbanteile herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch temperaturabhängige Parameter für die Farbraumsteuerung im EPROM (2) gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im EPROM (2) alle Tristimuluswerte (X1Y1Z) jeder einzelnen Farbe einer RGB- RGBA oder Hybridlösung gespeichert sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Software der Elektronik (19) aus der gewünschten Farbtemperatur die dazugehörigen CIE-Koordinaten berechnet werden und dass folgende Formeln verwendet wird:
ciex = - 1,2368 - cct3 + 2,516 - cct2 - 1,8671 - cct + 0,804 ciey = 0,3595 • cct3 - 0,3257 • cct2 - 0,1748 • cct + 0,4759
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Pulsbreiten für die jeweiligen Kanäle die
Farbmetrikdaten (X1Y1Z) aus dem LED-Modul ausgelesen werden und zur Berechnung mit den folgenden Formeln ermittelt werden:
pbP = \
- gbP-((XP- YR- XR -YP- YP- ZR + YR-ZP)-ciex + (XP-(YR + ZR)- XR -(YP+ ZP))-ciey- XP- YR + XR YP) P ~ [XB - YR- XR - YB- YB - ZR + YR-ZB)-ciex + {XB -(YR + ZR)- XR -(YB + ZB))-ciey- XB -YR + XR YB
, D -{{pbB -(XB + YB + ZB)+ pbP-(XP + YP+ ZP))-ciex- pbB ■ XB - pbP- XP) pbK = -, r
(XR + YR + ZR)-ciex-XR wobei: pbP... Pulsbreite für Kanal Grün (Phosphorgrün) pbB... Pulsbreite für Kanal Blau pbR... Pulsbreite für Kanal Rot
XP, YP, ZP... Parameter für Grün (Phosphorgrün)
XB, YB, ZB... Parameter für Blau XR, YR, ZR... Parameter für Rot
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass werkseitig bei der Auslieferung des EPROMS (2) alle x-y-z-Koordinaten der jeweilig verwendeten LEDs in das EPROM geschrieben werden, um so den Farbort der LED festzulegen.
7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul (1 ) aus mindestens einer LED (8-10) und einem nicht flüchtigem Speicher (z.B.: EPROM, EEPROM) besteht, der Farbmetrikdaten und/oder Intensitätsdaten und/oder LED-Modul Stammdaten (Seriennummer, etc.) und/oder Betriebsdaten (Temperaturen, Betriebsstunden) speichert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem LED-Modul (1 ) eine Mehrzahl von unterschiedlichen LEDs angeordnet sind, die mit entsprechenden Leitungen nach außen geführt sind und dass auf der Platine des LED-Moduls (1 ) ein EPROM (2) angeordnet ist, in dem die verschiedenen Farborte der verwendeten LEDs eingespeichert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein temperaturabhängiger Widerstand am LED-Modul (1 ) angebracht ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal (Stromversorgung) für jedes LED (8-10) als Konstantstromquelle (16-18) ausgebildet ist, dass das EPROM (2) mit seinen Daten auf die Konstantstromquelle im Sinne einer Ansteuerung einwirkt, um die Konstantstromquelle (16-18) auf einen bestimmten Strom einzustellen und diesen Strom dann der LED zuzuführen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Austausch eines LED-Moduls (1 ) der in der Ansteuerelektronik angeordnete Mikroprozessor (19) die Daten des ausgetauschten LED-Moduls (1 ) aus dem dort angeordneten EPROM (2) ausliest und individuell die einzelnen Konstantstromquellen (16-18) in der Ansteuerelektronik ansteuert, um das so angeschlossene LED-Modul (1 ) mit einem solchen Strom für jeden Kanal (3-5) getrennt zu versorgen, um den Farbort jeden LEDs genau zu erreichen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auch beim Austausch eines LED-Moduls auch das EPROM mit ausgetauscht wird und es immer eine Zuordnung zwischen LED- Modul und der Ansteuerelektronik und dem dort angeordneten Mikroprozessor gegeben ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs unterschiedlicher Gruppen unterschiedliche Temperaturkoeffizienten aufweisen, dass jede LED (8-13) mit einem temperaturabhängigen Widerstand (7) verschaltet ist und dass auch der Mikroprozessor (19) in der Ansteuerelektronik die Daten bezüglich des Temperaturganges ausliest und zur
Farbmetrikberechnung/Intensitätsberechnung die einzelnen Ströme in der jeweiligen Konstantstromquelle (16-18) berechnet.
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