DE10216395B4

DE10216395B4 - Verfahren zur Festlegung der Farbgruppe einer LED und LED-Modul

Info

Publication number: DE10216395B4
Application number: DE10216395A
Authority: DE
Inventors: Markus Wicke; Christian Hacker; Burkard Dr. Wiesmann; Joachim Reill
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2022-04-13
Also published as: DE10216395A1; US6900471B1; JP2004004036A; JP2008166826A

Abstract

Verfahren zur Festlegung der Farbgruppe einer LED, die mischfarbiges, insbesondere weißes Licht emittiert, mit folgenden Schritten:
– Einteilung des CIE-Farbraums mittels eines Netzes mit zwei Scharen sich kreuzender Netzlinien, wobei die eine Schar durch eine Schar Judd'scher Geraden gegeben ist und die andere Schar durch die Linie für die Farborte eines Planck'schen Strahlers sowie die dazugehörigen Linien konstanter Schwellwertabweichung, so daß das Netz eine Mehrzahl von von Netzlinien begrenzten Netzzellen aufweist,
– Bestimmung des Farborts der LED,
– Bestimmung der Netzzelle, in der der Farbort der LED liegt und
– Zuordnung der LED zur Farbgruppe dieser Netzzelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein LED-Modul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Bei LED-Modulen mit einer Mehrzahl von Weißlicht-LEDs werden üblicherweise LEDs verwendet, die bei der Herstellung bezüglich ihrer Farbe und Intensität als gleichartig klassifiziert wurden. Dies dient dem Zweck, ein Modul mit möglichst gleichen LEDs zu bestücken und dadurch einen möglichst homogenen Farbeindruck zu erreichen.
Allerdings werden in der Regel LEDs bei der Herstellung relativ grob sortiert und in nur wenige Gruppen eingeteilt. Diese Einteilung ist zudem an Produktionsparametern ausgerichtet. Das Farbempfinden des menschlichen Auges spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle.
Als Folge können daher bei derartigen LED-Modulen deutlich sichtbare Schwankungen des Farbeindrucks auftreten. Dieses Problem wird insbesondere bei Weißlicht-LEDs bzw. Weißlicht-Modulen verschärft, da Abweichungen vom Weißpunkt im Farbraum besonders leicht als Farbstich auffallen.

Aus der Druckschrift Mahr et al., Technischwissenschaftliche Abhandlungen der Osram-Gesellschaft (1969) vol. 10, S. 283-292 ist ein auf den Planck'schen Strahler bezogenes-Koordinatensystem für die Farbort bekannt. Hierzu wird allgemein die Numerische Berechnung eines auf der ähnlichsten Farbtemperatur und dem empfindungsmäßigen Unterschied beruhenden Koordinatensystems beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Festlegung der Farbgruppe einer LED, insbesondere einer Weißlicht-LED anzugeben. Weiterhin soll eine Anordnung von LEDs, beispielsweise ein LED-Modul mit einer möglichst geringen Abweichung von einem vorgegebenen Farbart geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. eine LED-Anordnung nach Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Festlegung der Farbgruppe einer LED, die mischfarbiges, insbesondere weißes Licht emittiert, wird in einem ersten Schritt der CIE-Farbraum mit einem Gitternetz versehen. Dieses Netz umfaßt zwei Scharen sich kreuzender Netzlinien, wobei die eine Schar durch eine Schar Judd'scher Geraden und die andere Schar durch die Linie für die Farborte eines Planck'schen Strahlers sowie die dazugehörigen Linien konstanter Schwellwertabweichung gegeben ist, so daß das Netz eine Mehrzahl von von Netzlinien begrenzten Netzzellen aufweist. Jeder Netzzelle wird dabei eine Farbgruppe zugeordnet.

In dem nächsten Schritt wird der Farbort der LED bestimmt.

Hierauf wird diejenige Netzzelle festgestellt, in der der Farbort der LED liegt.

Abschließend wird die LED dieser Netzzelle bzw. deren Farbgruppe zugeordnet.

Judd'sche Geraden im CIE-Farbraum sind als Geraden ähnlichster Farbtemperatur definiert. Sie können näherungsweise als Linien konstanter Farbtemperatur angesehen werden. Die Linie für die Farborte eines Planck'schen Strahlers ist durch die Farborte eines Planck'schen Strahlers für verschiedene Tempe raturen des Planck'schen Strahlers gegeben. Der Abstand eines Farborts zu dieser Linie wird in Schwellwerteinheiten (SWE) bestimmt. Im Rahmen der Erfindung werden Linien, die sich aus Punkten gleichen Schwellwerts zusammensetzen, als Linien konstanter Schwellwertabweichung bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren bemißt den Farbort einer LED auf der Basis des menschlichen Auges in enger Anlehnung an den Planck'schen Strahler und die Judd'schen Geraden, also Geraden ähnlichster Farbtemperatur. Die LEDs werden daher in Gruppen sortiert, die dem farblichen Wahrnehmungsempfinden des menschlichen Auges entsprechen. Die Grenzen hierfür können beispielsweise durch Tests mit Musteraufbauten von LEDs bestimmt werden. Anhand dieser Grenzen des Wahrnehmungsempfindens kann dann die Rasterung des Gitternetzes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren orientiert und optimiert werden.

Ein LED-Modul, das mit LEDs dergleichen Farbgruppe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wurde, bestückt ist, weist vorteilhaft geringe Farbabweichungen, insbesondere bezüglich des hervorgerufenen Farbeindrucks, auf.

Bei benachbarten Netzlinien, die durch Linien konstanter Schwellwertabweichung gegeben sind, beträgt die Differenz der zugeordneten Schwellwerteinheiten beispielweise 20 Schwellwerteinheiten, vorzugsweise 10 Schwellwerteinheiten, besonders bevorzugt 5 Schwellwerteinheiten.

Bei benachbarten Netzlinien, die Judd'sche Geraden entsprechen, beträgt die Differenz der Farbtemperatur beispielsweise 2000 K, bevorzugt 1500 K, besonders bevorzugt 1000 K.

Dabei ist es zweckmäßig, das Gitternetz ungleichförmig zu rastern, wobei die Größe der Zellen in der Umgebung des Weißpunkts, also des Farborts x = 1/3, y = 1/3, geringer gewählt wird, da in diesem Bereich das menschliche Auge für Farbabweichungen besonders empfindlich ist.

Bei einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung ist vorgesehen, daß die LEDs jeweils einen Farbort aufweisen, die im CIE-Farbraum alle in einem Bereich liegen, der von zwei Judd'schen Geraden mit jeweils vorgegebener Farbtemperatur und zwei Linien mit jeweils vorgegebener, konstanter Schwellwertabweichung begrenzt ist. Damit wird in Entsprechung des oben beschriebenen Verfahrens erreicht, daß die LED-Anordnung im Betrieb vorteilhaft geringe Farbabweichungen zeigt.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem CIE-Farbraum in der Umgebung des Weißpunkts 5, d.h. des Farborts mit den Koordinaten x = 1/3, y = 1/3.
Hierin sind zur Festlegung des Netzes für das erfindungsgemäße Verfahren fünf Judd'sche Geraden 1 mit den Farbtemperaturen 3000 K, 4500 K, 5750 K, 7000 K und 9000 K eingetragen, die die eine Schar von Gitternetzlinien bilden. Weiterhin ist die Linie 2 der Farborte eines Planck'schen Strahlers sowie eine Mehrzahl von Linien konstanter Schwellwertabweichung 3 aufgetragen. Die Differenz zur Linie 2 des Planck'schen Strahlers 2 ist jeweils in Schwellwerteinheiten (SWE) angegeben und beträgt –30 SWE, 20 SWE, –10 SWE, 10 SWE, 20 SWE bzw. 30 SWE.
Zur Vereinfachung können dabei, wie dargestellt, die Linien konstanter Schwellwertabweichung 3 durch Streckenzüge angenähert werden. Diese ergeben sich dadurch, daß von einer Linie konstanter Schwellwertabweichung 3a ausgehend die Schnittpunkte mit den Judd'schen Geraden durch Geradenabschnitte verbunden werden. Im Rahmen der Erfindung werden diese Stre ckenzüge auch als Linien konstanter Schwellwertabweichung betrachtet.
Weitergehend können die Judd'schen Geraden bei der Erfindung auch durch Linien mit konstantem x-Wert, beispielsweise x = 0,30, x = 0,32, x = 0,34 etc. ersetzt werden. Da die Judd'schen Geraden vergleichsweise steil zur x-Achse verlaufen, ist der sich hieraus ergebende Fehler in der Regel tolerabel.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für die zu sortierenden LEDs jeweils der Farbort, beispielhaft dargestellt durch den Punkt 6, ermittelt und die zugehörige Netzzelle, die in der Figur schraffiert dargestellt ist, ermittelt. Alle LEDs, die in die gleiche Netzzelle fallen, werden dann der gleichen Farbgruppe zugeordnet.
Wird mit LEDs, die nach einem derartigen Verfahren in Farbgruppen eingeteilt sind, eine LED-Anordnung gebildet, wobei nur LEDs derselben Farbgruppe verwendet werden, so weist diese Anordnung vorteilhaft geringe Farbabweichungen auf.
Die LEDs eines solchen Moduls sind dadurch gekennzeichnet, daß ihre Farborte in einem Bereich liegen, der von zwei Judd'schen Geraden mit jeweils vorgegebener Farbtemperatur und zwei Linien mit jeweils vorgegebener, konstanter Schwellwertabweichung begrenzt ist.
Es sei angemerkt, daß weißes Licht im Rahmen der Erfindung nicht nur rein weißes Licht mit dem Farbort x = 1/3, y = 1/3, sondern auch Licht, daß davon abweichend als im wesentlichen weiß oder weißlich wahrgenommen wird. Im Zweifel können hierfür die entsprechenden ECE-Bestimmungen herangezogen werden.

Claims

Verfahren zur Festlegung der Farbgruppe einer LED, die mischfarbiges, insbesondere weißes Licht emittiert, mit folgenden Schritten: – Einteilung des CIE-Farbraums mittels eines Netzes mit zwei Scharen sich kreuzender Netzlinien, wobei die eine Schar durch eine Schar Judd'scher Geraden gegeben ist und die andere Schar durch die Linie für die Farborte eines Planck'schen Strahlers sowie die dazugehörigen Linien konstanter Schwellwertabweichung, so daß das Netz eine Mehrzahl von von Netzlinien begrenzten Netzzellen aufweist, – Bestimmung des Farborts der LED, – Bestimmung der Netzzelle, in der der Farbort der LED liegt und – Zuordnung der LED zur Farbgruppe dieser Netzzelle.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei benachbarten Netzlinien, die durch Linien konstanter Schwellwertabweichung gegeben sind, die Differenz der zugeordneten Schwellwerte kleiner oder gleich 20 Schwellwerteinheften, vorzugsweise kleiner oder gleich 10 Schwellwerteinheiten, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5 Schwellwerteinheiten ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei benachbarten Netzlinien, die durch Judd'sche Geraden gegeben sind, die Judd'schen Geraden Farbtemperaturen aufweisen, deren Differenz kleiner oder gleich 2000 K, bevorzugt kleiner oder gleich 1500 K, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1000 K, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzlinien zwischen ihren Kreuzungspunkten durch Geradenschnitte, die die jeweiligen Kreuzungspunkte verbinden, zumindest teilweise ersetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich, der den Weißpunkt enthält, die Fläche der Netzzellen kleiner ist als außerhalb dieses Bereichs.
Anordnung einer Mehrzahl von LEDs, dadurch gekennzeichnet, daß die LEDs im CIE-Farbraum jeweils einen Farbort aufweisen, wobei alle Farborte in einem Bereich liegen, der von zwei Judd'schen Geraden mit jeweils vorgegebener Farbtemperatur und zwei Linien mit jeweils vorgegebener, konstanter Schwellwertabweichung begrenzt ist und daß die Farbgruppen der LEDs gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 festgelegt sind.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Schwellwertabweichung kleiner oder gleich 20 Schwellwerteinheiten, bevorzugt kleiner oder gleich 10 Schwellwerteinheiten, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5 Schwellwerteinheiten ist.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Farbtemperaturen kleiner oder gleich 2000 K, bevorzugt kleiner oder gleich 1500 K, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1000 K, ist.