Beschreibung

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugleuchtmodul mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und einem Betriebsgerät, welches eingerichtet ist, die Halbleiterlichtquellen mit einem getakteten Strom zu Betreiben.

Hintergrund Die Erfindung geht aus von einem Fahrzeugleuchtmodul mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind Fahrzeugleuchtmodule z.B. für die Ausrüstung eines Fahrzeugscheinwerfers bekannt. Diese bekannten Leuchtmodule weisen üblicherweise mehrere weiße Halbleiterlichtquellen auf. Weiße Halbleiterlichtquellen sind üblicherweise blaue oder Ultraviolett abstrahlende LEDs, die eine Konversionsschicht aufweisen, die das blaue oder ultraviolette Licht in langwelligeres Licht umwandeln. Das umgewandelte Licht ergibt zusammen mit einem Anteil an dem von der LED abgestrahlten und nicht konvertierten Licht ein Licht mit einem weißen Farbeindruck. Da die LEDs immer mit dem Nennstrom betrieben werden, ergibt sich ein stabiler und innerhalb der ECE R48 Regelung liegender Weißpunkt.

Nachteilig ist jedoch, dass je nach Tageszeit und Wetter, in dem sich das Fahrzeug befindet, unterschiedliche Lichtfarben optimal wären. Bei Regen, Schnee und Nebel würde zum Beispiel eine Lichtfarbe mit niedrigerer Farbtemperatur für eine bessere Sicht sorgen, während bei Sonnenschein eine höhere Farbtemperatur beim Tag- fahrlicht für bessere Sichtbarkeit sorgt. Zusätzlich wäre es von Vorteil, die Lichtfarbe bzw. das Emissionsspektrum der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mit Blick auf die mit dem Alter eines Fahrzeugführers zunehmende Degradation und Verschiebung der Blau-Gelb-Empfindlichkeit des Auges anzupassen. Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugleuchtmodul anzugeben, welches oben genannte Nachteile nicht mehr aufweist. Darstellung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Leuchtmodul für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, ein Betriebsgerät zum Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle welches eingerichtet ist, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit einem ersten getakteten Strom zu betreiben, wobei das Betriebsgerät eingerichtet ist, die absolute Stromhöhe in einem Takt des ersten getakteten Stromes und den arithmetischen Mittelwert des ersten getakteten Stromes unabhängig voneinander zu verändern.

Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisen- bahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein.

Als absolute Stromhöhe in einem Takt wird hier der Spitzenwert in einer ersten Halbwelle oder der Minimalwert des Stromes in einer zweiten Halbwelle während eines Taktes (einer Vollwelle) des Stromes angesehen. Bei einem Rechteckbetrieb wäre dieser Wert z.B. der Absolutwert des Stromes in einer Rechteckhalbwelle.

Als arithmetischer Mittelwert des getakteten Stromes ist der arithmetische Mittelwert über der Zeit des getakteten Stromes zu verstehen, also über mehrere Vollwellen. Der arithmetische Mittelwert z.B. eines PWM-Signals mit dem Tastgrad 0,5 ist 50% der absoluten Stromhöhe dieses getakteten Stromes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein in Lichtabstrahlrichtung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle optisch nachgeschaltetes Konversionselement zum teilweisen Umwandeln des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlten Lichtes in Licht anderer Wellenlängen vorgesehen, so dass zusammen mit dem abgestrahlten Licht der Halbleiterlichtquelle weißes Licht entsteht, welches die Anforderungen der ECE Norm R48 erfüllt.

Durch das Konversionselement entstehen sogenannte Konversionsleuchtdioden, die in der Lage sind weißes Licht anzustrahlen, was eine reine Halbleiterleuchtdiode nur unzureichend vermag.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betriebsgerät eingerichtet, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in einer ersten Halbwelle mit einem ersten Stromwert zu betreiben, der größer als Null ist, wobei sich für das in der ersten Halbwelle abgestrahlte Licht ein erster Farbort innerhalb des ECE-Weißfelds ge- maß der Regel R48 einstellt, wobei das Betriebsgerät eingerichtet ist, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in einer zweiten Halbwelle mit einem zweiten Stromwert zu betreiben, der größer als Null ist, wobei sich für das in der zweiten Halbwelle abgestrahlte Licht ein zweiter Farbort innerhalb des ECE-Weißfelds gemäß der Regel R48 einstellt, wobei sich der erste und der zweite Farbort von- einander unterscheiden.

Mit dieser Maßnahme kann durch die entsprechende Bestromung der jeweiligen Halbwellen der Farbort des abgestrahlten Lichtes sehr genau einjustiert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Leuchtmodul mehrere Halbleiterlichtquellen auf, die mit dem ersten getakteten Strom betrieben werden. Mittels mehrerer Halbleiterlichtquellen kann die Lichtabgabe vorteilhaft erhöht und das Licht besser gerichtet werden.

In einer anderen Ausführungsform weist das Leuchtmodul mehrere Halbleiterlichtquellen auf, die in mindestens zwei Gruppen zusammengefasst sind, wobei das Betriebsgerät eingerichtet ist die erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen mit dem ersten getakteten Strom zu betreiben, und die zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen mit einem zweiten getakteten Strom zu betreiben.

Mit dieser Maßnahme kann der Farbort des gesamten abgestrahlten Lichtes noch genauer gesteuert werden und zusätzlich können über die Einbaulage der Gruppen von Halbleiterlichtquellen besondere Effekte erzielt werden. Im Folgenden wird hier auch Allgemein von getakteten Strom gesprochen, hier kann der erste oder zweite getaktete Strom oder auch ein weiterer getakteter Strom gemeint sein.

Die Taktfrequenzen der Halbwellen des ersten getakteten Stromes und/oder die Taktfrequenzen der Halbwellen des zweiten getakteten Stromes können im Hz- bis MHz-Bereich liegen und individuell den unterschiedlichen Anforderungen ange- passt werden.

Anstelle einer phosphor-konvertierten LED kann auch ein Laser verwendet werden, dessen Primärstrahlung auf ein Wellenlängenkonversionselement gerichtet ist und von diesem zumindest teilweise in ein Konversionslicht umgewandelt wird. Der Laser kann zum Beispiel eine blaue Laserdiode sein und das Wellenlängenkonversionselement ein mit Cer dotierter Phosphor, der das blaue Primärlicht zumindest teilweise in gelbes Konversionslicht umwandelt. Nicht umgewandeltes blaues Primärlicht und gelbes Konversionslicht ergeben zusammen weißes Mischlicht, das auch als Nutzlicht bezeichnet werden kann. So eine Bestrahlungs- und Konversionsanordnung wird auch als Laser-Activated-Remote-Phosphor Anordnung (LARP) bezeichnet. LARP-Lichtquellen können in einer Anwendung auch mit Phosphor-konvertierten als auch mit nicht phosphor-konvertierten LED-Lichtquellen kombiniert werden. Die unten ausgeführten Ausführungsbeispiele sind sinngemäß auf die vorstehend beschriebenen Lichtquellen und ihren Kombinationen zu lesen.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ermöglicht es, LED Lichtquellen, die in je einem der beiden Scheinwerferanordnungen eines Fahrzeugs verwendet werden, zumindest innerhalb einer Binningklasse so in ihrer Lichtfarbe anzupassen, dass ein evtl. auftretender Farbunterschied der beiden Scheinwerfer, bei einer gleichen Lichtfunktion, im Wesentlichen ausgeglichen werden kann. Dadurch ist es möglich, für die LEDs auch größere Binningklassen zu verwenden, da auch in ihnen noch ein Farbabgleich möglich ist Die Verwendung größerer Binningklassen reduziert die Kosten bzgl. einer notwendigen Farb-Vorsortierung der LEDs.

Die Taktfrequenzen der Halbwellen des ersten getakteten Stromes und/oder die Taktfrequenzen der Halbwellen des zweiten getakteten Stromes können auch in Bezug auf die Schichtdicken des Konversionsstoffes des Konversionselements angepasst werden. Als Konversionsstoff kommt üblicherweise ein speziell auf die von der Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Wellenlänge angepasster Leuchtstoff zum Einsatz. Da normalerweise nicht alle Strahlung sondern nur ein Teil umgewandelt wird, und das resultierende Mischlicht den Weißpunkt bestimmt, geht auch die Schichtdicke des Konversionsstoffes des Konversionselementes in den resultierenden Weißpunkt ein. Bei ungleichmäßigen Schichtdicken und damit einhergehenden Schwankungen der abgestrahlten Lichtfarbe kann durch Anpassung der Taktfrequenzen der Halbwellen des ersten getakteten Stromes und/oder die Taktfrequenzen der Halbwellen des zweiten getakteten Stromes die Lichtfarbe so an- gepasst werden, dass sie über die verschiedenen Halbleiterlichtquellen möglichst gleich ist. Bevorzugt ist der getaktete Strom hierbei ein pulsmodulierter Strom. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Farbabstrahlverhalten der Halbleiterlichtquellen aus.

Besonders bevorzugt ist der getaktete Strom ein pulsweitenmodulierter Strom. Mit dieser Maßnahme kann einerseits das Abstrahlverhalten der Halbleiterlichtquellen weiter positiv beeinflusst werden sowie das Betriebsgerät besonders einfach und kostengünstig aufgebaut werden.

In einer weiterführenden Ausführungsform ist das Betriebsgerät eingerichtet, das Verhältnis der absoluten Stromhöhe zum Wert des arithmetischen Mittelwertes des getakteten Stromes mittels des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulation ein- zustellen. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform sicher, die trotzdem volle Funktionalität aufweist.

Das Betriebsgerät ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eingerichtet, mehrere Lichtfunktionen für ein Fahrzeug bereitzustellen. Durch die zentrale Bereitstellung mehrerer Lichtfunktionen können zusätzliche Effekte erzielt werden, und die Kosten für diese Lichtfunktionen weiter gesenkt werden.

Dabei ist das Betriebsgerät eingerichtet, verschiedene Lichtfunktionen des Fahrzeuges mit unterschiedlichen absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes zu bewerkstelligen. Mit dieser Maßnahme kann man für jede Lichtfunktion einen anderen Farbort erreichen, was sich positiv auf die Unterscheidbarkeit der Lichtfunk- tionen des Fahrzeugs auswirkt. _

In einer weiteren Ausführungsform werden bei mindestens einer Lichtfunktion die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes situationsbedingt angepasst. Dies kann die Sicherheit der Fahrzeugführung in vorher nicht gekannter Weise erhöhen und sehr nutzbringende Zusatzfunktionen ermöglichen. Situationsbedingt heißt im Folgenden, dass aufgrund einer bestimmten Situation, in der sich das Fahrzeug befindet die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes und damit der Weißpunkt des abgestrahlten Lichtes verändert wird. Eine Situationsbedingung kann z.B. die Geschwindigkeit des Fahrzeuges sein. Die Außentemperatur oder der aktuelle Niederschlag wie Regen oder Schnee kann ebenfalls eine Situationsbedingung sein.

Zum Beispiel können die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes aufgrund einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeuges angepasst werden, um beim Fahren sofort die ungefähre gefahrene Geschwindigkeit erkennen zu können, ohne auf den Tachometer sehen zu müssen. Es können aber die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes auch aufgrund der Wetterverhältnisse, in denen sich das Fahrzeug befindet, angepasst werden. Dies kann zur Sicherheit beitragen, indem zum Beispiel anhand der Lichtfarbe des abgestrahlten Scheinwerferlichtes sofort erkennbar ist, dass die Fahrbahn sehr kalt und damit eventuell vereist ist. Die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes können aber auch aufgrund der aktuellen Temperatur der Halbleiterlichtquellen angepasst werden. Dies würde eine Überlastung und Überhitzung der Halbleiterlichtquellen anzeigen.

In einer anderen Ausführungsform können die absoluten Stromhöhen des getakteten Stromes abhängig von der kumulierten Leuchtdauer der mindestens einen Halbleiterlichtquelle angepasst werden. Damit könnte man anhand der Lichtfarbe erkennen, wann die Halbleiterlichtquellen voraussichtlich ihr Lebensdauerende erreicht haben und wann mit einem Ausfall derselben zu rechnen ist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Leuchtmoduls für ein Fahrzeug ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 den Stromverlauf eines Gleichstroms, bei dem der Absolutwert des

Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes gleich sind,

Fig. 2a, b den Stromverlauf eines rechteckförmigen Stromes, bei dem der Absolutwert des Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes unterschiedlich sind, und das Tastverhältnis geändert wird, Fig. 3a, b den Stromverlauf eines rechteckförmigen Stromes, bei dem der Absolutwert des Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes unterschiedlich sind, und der Absolutwert geändert wird,

Fig. 4a, b den Stromverlauf eines rechteckförmigen Stromes, bei dem der Absolutwert des Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes un- terschiedlich sind, und das Tastverhältnis sowie der Absolutwert geändert wird,

Fig. 5 den Stromverlauf eines rechteckförmigen Stromes, bei dem der Absolutwert des Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes un- terschiedlich sind, wobei die Stromwellenform frei aus verschiedenen Stromstärken und Halbwellenlängen zusammensetzbar ist,

Fig. 6 eine sehr einfache Stromform mit unterschiedlichen Stromstärken,

Fig. 7 ein Ausschnitt eines CIE-Normfarbdiagramms mit eingetragener

Planck- oder Black-Body Kurve und den Grenzwerten der ECE R48

Regelung, wobei vier verschiedene Weißpunkte für vier verschiedene absolute Stromwerte einer Halbleiterlichtquelle mit Konversionsschicht angegeben sind,

Fig. 8 ein Ausschnitt eines CIE-Normfarbdiagramms mit eingetragener

Planck- oder Black-Body Kurve und den Grenzwerten der ECE R48

Regelung, wobei die Standard-Binning-Klassen für Scheinwerfer mit angegeben sind,

Fig. 9 die Funktionen der X (Cx) und Y (Cy) Koordinaten über den Betriebsstrom der Halbleiterlichtquelle, Fig. 10 die Funktion der Lichtintensität über den Betriebsstrom der Halbleiterlichtquelle,

Fig. 1 1 ein Leuchtmodul in einer ersten Ausführungsform mit zwei Gruppen von

Halbleiterlichtquellen, die unabhängig voneinander angesteuert werden können, Fig. 12 ein Leuchtmodul einer zweiten Ausführungsform mit vier Gruppen von

Halbleiterlichtquellen, die unabhängig voneinander angesteuert werden können,

Fig. 13 ein Leuchtmodul einer dritten Ausführungsform mit vier Gruppen von

Halbleiterlicht-quellen, die unabhängig voneinander angesteuert wer- den können.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung „

Kern der Erfindung ist die Ausnutzung eines Effektes, der bei vielen LEDs mit Konversionsschicht auftritt und bevorzugt bei einigen Hochleistungsleuchtdioden genutzt werden kann. Für viele Anwendungen werden heutzutage LEDs mit Kon- versionsschicht verwendet. Diese LEDs sind landläufig auch als weiße LEDs bekannt, wie zum Beispiel in DE202014001376, DE102012223854,

DE102014292863, DE102015218021 beschrieben. Das weiße Licht wird dadurch erzeugt, dass die LED selbst Licht mit einer Wellenlänge im blauen bis ultravioletten Bereich abstrahlt, und die Konversionsschicht dieses kurzwellige Licht dann zum Teil in Licht mit längeren Wellenlängen umwandelt. Ein Teil des blauen Lichtes tritt durch die Konversionsschicht hindurch, so dass das gesamte abgestrahlte Licht dann weiß erscheint und auf einer CIE-Normfarbtafel in der Nähe der Planck-Kurve, auch Black-Body-Kurve genannt, angesiedelt ist. Dieser Punkt wird im Folgenden Weißpunkt genannt. Das Wirkprinzip ist z.B. auf Wikipedia

(https://de.wikipedia.Org/wiki/Leuchtdiode#Lumineszenz) erläutert. Wenn im Folgenden von LEDs oder Leuchtdioden die Rede ist, sind damit immer vorbeschriebene weiße LEDs mit Konversionsschicht gemeint. Werden die LEDs mit einem getakteten Strom betrieben, wobei die Stromhöhe in einem Takt veränderbar ist, dann kann der Weißpunkt in gewissen Grenzen eingestellt werden. Die Stromhöhe in einem Takt ist die absolute Stromhöhe in diesem Takt, also der größte kurzzeitig an die LED angelegte Strom. Die Lichtstärke der LED ist u.a. abhängig vom mittleren Strom, der durch die LED fließt. Hier ist das arithmetische Mittel des Stromes proportional zur Lichtstärke. Über den größten absolut fließenden Strom kann also die Lichtfarbe eingestellt werden, während die mittlere Stromstärke zur Einstellung der Lichtstärke herangezogen werden kann.

Fig. 1 zeigt den Stromverlauf eines Gleichstroms 1 10. Bei Gleichstrom sind der Absolutwert des Stromes und der arithmetische Mittelwert des Stromes gleich. Hier entspricht also der größte an die LED angelegte Strom dem mittleren Strom, der durch die LED fließt. Der Strom beträgt in beiden Fällen 1A. Fig. 2a zeigt den Stromverlauf 210 eines rechteckförmigen getakteten Stromes, bei dem der Absolutwert 214 des Stromes und der arithmetische Mittelwert 212 des Stromes unterschiedlich sind. Das Signal ist eine Art PWM-Signal, bei dem in einer Halbwelle ein höherer Strom 214 (der höhere Absolutwert 214 des Stromes, im Folgenden auch HIGH Puls genannt) und in der anderen Halbwelle in niedrigerer Strom 216 (der niedrigere Absolutwert 216 des Stromes, im Folgenden auch LOW Puls genannt) fließt. Der höhere Absolutwert 214 des Stromes in der einen Halbwelle beträgt hier 2A, der niedrigere Absolutwert des Stromes in der anderen Halbwelle 216 beträgt 1A. Der arithmetische Mittelwert bei dem gezeigten Tast- Verhältnis von 50% beträgt hier (1 A+2A)/2=1 ,5A. Die Lichtstärke der LED ist also im Wesentlichen abhängig vom arithmetischen Mittelwert (=1 ,5A), während der zeitintegrale Weißpunkt der LED vom zeitlichen Summenwert des höheren Absolutwerts (=2A) des Stromes 214 und dem zeitlichen Summenwert der Stromstärke des niedrigeren Absolutwertes des Stromes 216 abhängt. In Fig. 2b wird bei gleich- bleibendem Absolutwerten des Stroms 224 das Pulsweitenverhältnis des rechteckförmigen getakteten Stromes 220 verändert und damit auch die Zeitanteile und damit die zeitliche Summenwerte der Wellenlängen des jeweilig abgestrahlten Lichtes. Der Mittelwert des Stroms 222 ergibt sich also aus dem Zeitanteil des höheren Absolutwertes 224 und dem Zeitanteil des niedrigeren Absolutwertes 226. Bei einer reinen Veränderung des Taktverhältnisses ändert sich damit auch der arithmetische Mittelwert 222 des Stromes, in diesem Fall erhöht er sich. Damit steigt beim Wechsel des Betriebsmodus gemäß Fig. 2a zu der des in Fig. 2b dargestellten auch die abgestrahlte Lichtintensität und auch der Weißpunkt verändert sich. Bei diesem Verfahren werden also die abgestrahlte Lichtintensität sowie die abge- strahlten Wellenlängen verändert. Dadurch können je nach Betriebsverfahren zwei unterschiedliche Weißpunkte eingestellt werden, was dann in der zeitlichen Überlagerung der Weißpunkte gemäß der jeweiligen Taktverhältnisse im Unterschied zu dem Weißpunkt einer mit einem konstanten, dem arithmetischen Mittelwert entsprechenden, Stromwerts betriebenen Leuchtdiode zu einem veränderten Far- beindruck führt. Es ist anzumerken, dass die beiden unteren Absolutwerte 216 und 226 der Betriebsströme nicht gleich Null sind, so dass die damit betrieben LEDs zu jedem Zeitpunkt Licht emittieren sollen. Diese Aussage gilt auch für nachfolgenden Figuren 3 bis 5.

Der Stromverlauf in Fig. 3a ist ähnlich zu dem in Fig. 2. Es handelt sich ebenfalls um eine Art Pulsweitenmodulation mit zwei verschiedenen Stromhöhen 314, 316 in den Pulshalbwellen der Stromform 310. Diese weist einen arithmetischen Mittelwert 312 auf. In Fig. 3b wird nun die Pulshöhe modifiziert, aber die Pulszeiten gleich gelassen. Dabei wird der High-Puls um den gleichen Stromwert erhöht, wie der

LOW-Puls erniedrigt wird. Dadurch ändert sich der arithmetische Mittelwert 322 nicht gegenüber dem arithmetische Mittelwert 312 der Stromform in Fig. 3a. Jedoch ändern sich die Absolutwerte 320, 326 der Stromhöhen der Stromform, was zu unterschiedlichen Wellenlängen beim abgestrahlten Licht einer damit betriebenen LED führt. Mit dieser Maßnahme wird die Farbspreizung des abgestrahlten Lichtes einer LED noch größer. Der arithmetische Mittelwert des Stromes bleibt aber un- verändert, damit bleibt die Intensität des abgestrahlten Lichtes unverändert. Wie bereits beim Übergang der Betriebsweise von Fig. 2a zu der von Fig. 2b erfolgt auch hier beim Übergang der Betriebsweise von Fig. 3a zu der von Fig. 3b aufgrund der jeweiligen Zeitanteile der beiden Weißpunkte eine Änderung des (integralen) Farbeindrucks. Die beiden Weißpunkte liegen hier innerhalb des oben beschriebenen Weißfelds gemäß der ECE R48 Regelung. Je nach Betriebsweise und nach der absoluten Stromhöhe in den Halbwellen können die Weißpunkte aber auch in anderen Bereichen des CIE-Normfarbdiagramms liegen.

In Fig. 4 wird nun die absoluten Stromhöhe der unteren Stromwerte 216, 426 ver- ändert und gleichzeitig wie in Fig. 2 der Tastgrad ebenfalls verändert. Die Zeitdauer des HIGH-Pulses 414, 424 ist in Fig. 4b länger, die des LOW-Pulses 416, 426 kürzer. Dadurch ist der arithmetische Mittelwert des Stromes höher, und die abgestrahlte Lichtintensität ebenfalls. Der gegenüber Fig. 4a abgesenkte untere Absolutwert der Stromhöhe 426 führt zu einer weiteren Aufspreizung der beiden Weiß- punkte gemäß dem Unterschied der Stromwerte 424, 426 und damit zu einer Veränderung des integralen Farbeindrucks. Es werden also wie in den vorange- gangenen Figuren die Wellenlängen des abgestrahlten Lichts und damit die Lichtfarbe durch das beschriebene Betriebsschema der LEDs verändert.

Fig. 5 wiederum zeigt eine freie Stromform mit variierenden Pulshöhen und mittle™ ren Stromwerten. Hier sind die immer rechteckigen Stromhöhen der verschiedenen Pulse frei aneinander gefügt. Damit kann bei entsprechenden Wissen um die stromabhängige Wellenlängenverschiebungen der verschiedenen Wellenlängen erstens wie bei den oben beschriebenen Verfahren ein entsprechender jeweiliger Farbort (Weißpunkt) eingestellt werden. Im zeitlichen Summenwert aller jeweiligen Weißpunkte ergibt sich ein für das menschliche Auge oder einem Sensor einstellbarer Summenfarbort und damit ein einstellbarer Farbeindruck. Weiterhin kann aber ebenfalls aufgrund des bei entsprechender Stromform geändertem Wellenlängenspektrum auch die Farbwiedergabe lediglich durch die in Fig. 5 beispielhaft beschriebene Ausführungsform verbessert werden.

Fig. 6 zeigt eine sehr einfache Stromform. Der Strom wird einfach innerhalb der zulässigen Stromgrenzwerte der verwendeten LEDs erhöht oder erniedrigt. Je nach Höhe der Stromform ergibt sich ein entsprechender Weißpunkt. Die Höhe der Stromform bestimmt aber auch die Lichtintensität des abgestrahlten Lichtes. Mit dieser einfachen Stromform kann also der Weißpunkt nicht von der Lichtstärke entkoppelt werden.

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt eines CIE-Normfarbdiagramms mit eingetragener Planck- oder Black-Body Kurve und den Grenzwerten 31 der ECE Regelung R48, wobei vier verschiedene Weißpunkte 33, 34, 35, 36 für vier verschiedene absolute Stromwerte der Halbleiterlichtquelle angegeben sind. Das CIE Normfarbdiagramm ist ein Diagramm zur Darstellung einer Lichtfarbe eines von einer Lichtquelle abgestrahlten Lichtes. Eine Erläuterung kann z.B. auf Wikipedia

(httpsi//de.wikipedia.org/wiki/ClE-Normvalenzsvstem) abgerufen werden. Die ECE R48 Regelung enthält Vorschriften für Lichtquellen an Fahrzeugen, die im Stra- ßenverkehr teilnehmen. Für Scheinwerfer ist für das abgestrahlte Licht z.B. der Bereich 31 im CIE Diagramm vorgeschrieben. Dieser Bereich orientiert sich grob entlang der Planck-Kurve 32 und lässt in einem gewissen Bereich um die

Planck-Kurve 32 herum verschiedene Lichtfarben zu. Je nach Höhe des Absolut- wertes des die LED durchfließenden Stromes verschiebt sich der Weißpunkt des von der LED abgestrahlten Lichtes.

Dabei entsprechen die 4 unterschiedlichen dargestellten Weißpunkte 33, 34, 35 und 36 vier unterschiedlichen Absolutwerten des die LED durchfließenden Stromes:

Weißpunkt 33: 200mA Weißpunkt 34: 500mA

Weißpunkt 35: 1000mA

Weißpunkt 36: 1500mA

Abhängig von der Stromhöhe kann also eine Verschiebung des Farbortes des Lichts erreicht werden und damit eine für das menschliche Auge unterschiedliche Anmutung des abgestrahlten Lichtes. Bei einem Wechsel der Stromstärke wie in den Figuren 2 bis 5 beschrieben werden also in den jeweiligen Taktzeiten verschiedene Farborte eingestellt und damit im zeitlichen Summenwert ein daraus resultierender integraler Farbeindruck für das menschliche Auge oder einem Sensor, beispielsweise einem Kamera-CCD-Chip.

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines CIE-Normfarbdiagramms mit eingetragener Planck- oder Black-Body Kurve und den Grenzwerten 31 der ECE Regelung R48. Zusätzlich sind hier noch die verschiedenen Standard Automotive Binningklassen für weiße LEDs 81 bis 87 eingetragen. Es ist gut zu sehen, dass auch innerhalb der Binningklassen der Farbort der einzelnen LEDs nicht einheitlich sein muss sondern sich innerhalb des dargestellten Vierecks der jeweiligen Klasse 81 bis 87 bewegen kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun möglich, den Farbort z.B. bei einem Scheinwerfer so anzupassen, dass zumindest einige LEDs derselben Binningklasse oder einer benachbarten Binningklasse das Licht mit im Wesentli- chen demselben Farbort abstrahlen, so dass das Aussehen z.B. eines Fahrzeuges nach außen hin einheitlicher ist.

Fig. 9 zeigt die Funktionen der X (Cx) und Y (Cy) Koordinaten des Weißpunktes auf der CIE-Normfarbtafel über den Betriebsstrom der LED. Es ist gut zu sehen dass die Koordinaten eine recht starke Abhängigkeit vom Absolutwert des Betriebsstroms aufweisen. Die Kurvenverläufe über den Betriebsstrom verlaufen dabei nichtlinear. Bei steigendem Strom durch die LED verringern sich die Cx und Cy Koordinaten werte hin zu kleineren Werten, was einer Verschiebung ins blaue be- ziehungsweise zu höherer Lichtfarbe hin bewirkt. Bei der Verwendung anderer Leuchtstoffzusammensetzungen können die Kurven unterschiedlich zu der in Fig. 9 dargestellten sein. Somit lässt sich durch Auswahl geeigneter Leuchtstoffe der Kurvenverlauf an die zu erfüllenden Anforderungen einstellen bzw. anpassen. Damit ist es auch möglich, weitere Farbortbereiche innerhalb des CIE-Farbdreiecks einzustellen.

Fig. 10 zeigt die Funktion 1 1 der Lichtintensität über den mittleren Betriebsstrom der LED. Diese ist annähernd linear, mit höheren Strömen fällt die Effizienz der LED aufgrund der höheren Betriebstemperaturen und damit der verminderten Konver- sionseffizienz des Leuchtstoffs leicht ab. Beim Nennstrom der LED hat die

Lichtintensität einen Wert von 1 .

Die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichtes kann nun von der Intensität des abgestrahlten Lichtes entkoppelt werden, wenn die LED mit einem getakteten Strom, z.B. mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) betrieben wird. Dabei kann in der stromfließenden Halbwelle der Absolutwert des Stromes und damit der Weißpunkt des abgestrahlten Lichtes eingestellt werden, während über das Tastverhältnis der mittlere Strom und damit die Intensität des abgestrahlten Lichtes eingestellt werden kann.

Dieser Effekt wird nun dazu benutzt, um verschiedene Lichtfunktionen bei Fahr- zeugen positiv aufzuwerten. Zum Beispiel kann bei einem LED-Scheinwerfer beim Umschalten zwischen Abblendlicht und Fernlicht die Lichtfarbe des Scheinwerferlichtes ebenfalls umgeschaltet werden, um z.B. beim Fernlicht eine höhere Farbtemperatur als beim Abblendlicht zu realisieren. Die Einstellung der Lichtfarbe kann auch abhängig von der Geschwindigkeit sein, z.B. kann mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeuges eine höhere Lichtfarbe eingestellt werden. Die Lichtfarbe kann dann bei einer Geschwindigkeit von 50km/h etwa 4000K betragen und mit steigender Geschwindigkeit ebenfalls steigen um bei 200km/h etwa 6500K zu betragen. Weiterhin kann die Lichtfarbe auch abhängig von dem aktuellen Wetter sein, in dem sich das Fahrzeug befindet. Hierfür kann z.B. ein Regensensor eines Automobils verwendet werden, und bei Regen die Lichtfarbe hin zur niedrigeren Farbtemperaturen verändert werden, da damit eine bessere Sicht gegeben ist.

Auch kann die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichtes abhängig von der Au- ßentemperatur sein. Es ist auch denkbar die Farbtemperatur abhängig von der Temperatur der LEDs. Generell kann die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichtes von Umwelteinflüssen wie Regen, Schnee, Nebel, Tag, Nacht oder Dämmerung abhängig sein, um positive Effekte auf den Fahrer zu erzielen und die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Auch ist es möglich, durch das Verfahren der gemäß oben beschriebenen einstellbaren Lichtfarben bzw. des sich daraus ergebenden integralen Farbeindrucks, die Lichtfarbe an die altersmäßig veränderte spektrale Augenempfindlichkeit des Fahrzeugführers und/oder der Mitreisenden zumindest teilweise anzupassen, zum Beispiel, indem der Blauanteil gemäß des Alters erhöht wird. Hierbei kann die in Betracht kommende Person eine Altersangabe einstellen oder mittels einer

Biofeedback-Methode (z.B. Augenvermessung durch Bord-Kamera) dem Fahrzeug zur Verfügung stellen. Dieses Verfahren kann somit insbesondere auf für die sich altersgemäß veränderte Dämmerungs- und Nachtempfindlichkeit der menschlichen Augensensoren (Stäbchen, Zapfen) angewandt werden, womit die Fahrsicherheit erhöht wird. In einer Ausgestaltung sind dabei eine Vielzahl von LEDs auf einem Modul angeordnet und werden alle gemeinsam von einem PWM-Signal angesteuert, so dass alle LEDs auf den gleichen jeweiligen Weißpunkt eingestellt werden. Die LEDs können dabei in Serie oder parallel geschaltet sein. Es kann aber auch eine Mischform von Serien- und Parallelschaltung vorkommen.

In einer anderen Ausgestaltung werden die auf dem Modul angeordneten LEDs in einer oder mehreren Gruppen aufgeteilt. Diese Gruppen können vom Betriebsgerät einzeln mit unterschiedlichen Strom/Tastverhältnissen angesteuert werden und somit jeweils in unterschiedlichen, sich aus den jeweiligen Stromstärken erge- benden, Lichtfarben leuchten.

Fig. 1 1 zeigt ein Leuchtmodul 1 in einer ersten Ausführungsform mit zwei Gruppen von LEDs 5, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Die LEDs 5 sind auf diesem Modul kreisflächenförmig angeordnet. Dabei werden die LEDs in eine Gruppe innerer LEDs 51 und eine Gruppe äußerer LEDs 52 angeordnet. Diese können unterschiedlich angesteuert werden, so dass z.B. die Gruppe äußerer LEDs 52 mit einer höheren Farbtemperatur betrieben werden als die Gruppe innerer LEDs 51 , oder auch umgekehrt.

Fig. 12 zeigt ein Leuchtmodul einer zweiten Ausführungsform mit fünf Gruppen von LEDs, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Hierbei gibt es vier äußere Gruppen 531 , 532, 533 und 534, die außen in Umfangsrichtung auf der kreisförmigen Fläche des LED-Moduls 1 angeordnet sind. Eine innere Gruppe 535 umfasst die inneren LEDs 5, die keiner der äußeren Gruppe angehören. Auch hier ist das Betriebsgerät eingerichtet, die Gruppen unabhängig voneinander anzusteuern und über die Verhältnisse von absoluter Stromhöhe und Tastverhältnis unterschiedliche Lichtfarben bei gleichbleibender Leuchtintensität zu erreichen. Hierbei können z.B. die äußeren Gruppen auch zeitlich versetzt voneinander mit verschiedenen Lichtfarben betrieben werden, so dass sich ein über die Zeit än- dernder Lichteffekt ergibt. Dies kann eine Art Lauflicht sein, beispielsweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigesinn oder mit wechselnden Uhrzeigersinn, oder auch ein blinkender Betrieb, zum Beispiel alle vier äußeren Gruppen gleichzeitig, oder auch wechselseitig, so dass zwei sich gegenüberliegenden Au- ßen-Gruppen gemeinsam angesteuert werden und zwar mit einem anderen Takt- Verhältnis als die beiden andere Außen-Gruppen, oder dass zwei benachbarte Außengruppen unterschiedlich angesteuert werden als die beiden anderen Außen-Gruppen. Hierbei ist zu beachten, dass die LEDs nicht ausgeschaltet werden, sondern lediglich in der Lichtfarbe umgeschaltet werden. Auch ist es möglich, die innere Gruppe und einige oder alle Außengruppen mit derselben Taktmodulation gegengetaktet anzusteuern, das heißt, dass die jeweiligen Pulsformen der beiden gegengetakteten Gruppen um den jeweiligen mittleren Stromwert gespiegelt sind, so dass also beispielweise, wenn die äußeren LED-Gruppen einen

HIGH-Stromwert erhalten, die innere Gruppe einen LOW-Stromwert erhält und umgekehrt. Hier ist also eine Vielzahl von Variationen möglich, die alle einen zeitlich und/oder örtlich veränderten Farbeindruck bewirken.

Fig. 13 zeigt ein Leuchtmodul einer dritten Ausführungsform mit vier Gruppen von LEDs, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Hier sind die LEDs 5 quadratisch angeordnet und die Gruppen in vier Balken 541 , 542, 543, 544 angeordnet, die zusammen wiederum das Quadrat ergeben. Werden auch hier die Gruppen in einer zeitlich ablaufenden Reihenfolge, also zum Beispiel zuerst die Gruppe 541 , dann die Gruppe 542 und so weiter, mit unterschiedlichen Lichtfarben betrieben, so lassen sich Wisch- oder Blinkeffekte erzielen. Dabei können die Gruppen horizontal (Zeilen) oder vertikal (Spalten) ausgerichtet sein. Auch können Gruppen definiert werden, bei denen LEDs verschiedener Zeilen und Spalten zu einer neuen Gruppe zusammengefasst werden. Die Gruppeneinteilung kann zeitlich konstant sein oder sich zum Beispiel nach konstanten, frei definierten oder zufälligen Zeitabständen ändern, beispielsweise durch ein dafür vorgesehenes Betriebsprogramm. Wie weiter oben bereits erwähnt, kann dieser Effekt dazu benutzt werden, um verschiedene Lichtfunktionen bei Fahrzeugen positiv aufzuwerten oder bei unterschiedlichen Fahrbedingungen (Geschwindigkeit, Wetter, Sichtverhältnisse, etc.) zum Einsatz kommen. Im Allgemeinen lässt sich dieses Betriebsverfahrens zur Einstellung des Farbeindrucks auch auf andere Lichtquellen anwenden, so zum Beispiel auf organische Leuchtdioden OLED, auf Laser-Activated-Remote-Phosphor LARP Lichtquellen und auf nicht phosphorkonvertierte Leuchtdioden LED, sowie auf eine Kombination dieser Lichtquellen.

Auch müssen die sich mit den jeweilig anliegenden Puls- bzw. Takt-Verhältnissen einstellbaren Weißpunkte nicht nur innerhalb der ECE-Weißfeldes gemäß der Regelung R48 liegen, sondern können auch in anderen Bereichen des Farbdreiecks liegen. Damit wird dieses Verfahren auch für Anwendungen z.B. aus den Bereichen Architekturbeleuchtung, Effektbeleuchtung, Unterwasserbeleuchtung, Signalleuchten, Schiffscheinwerfer, und Studiobeleuchtung, anwendbar.

Auch können die Zeitdauern der Taktraten, also die zeitliche Länge der jeweiligen HIGH- und LOW- Stromwerte dem Integrationsverhalten des menschlichen Auges und/oder eines Foto-Sensors und/oder eines Kamera-Chips angepasst sein. Diese Zeitintervalle können im Bereich von Mikrosekunden, Millisekunden oder Sekundenbereich sein.

Dieses Verfahren lässt sich auch in abgewandelter Form auf Puls- bzw. Taktsequenzen anwenden, bei denen der LOW-Stromwert auf Null abgesenkt wird. Die damit einhergehende Absenkung des Lichtniveaus kann zum Beispiel dann an- gewendet werden, wenn ein Scheinwerfer bei veränderten oder speziell eingestellter Lichtfarbe langsam auf- oder abgeblendet werden soll.

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Bezugszeichenliste

1 Leuchtmodul

5 Leuchtdioden, LEDs

51 Gruppe innerer LEDs

52 Gruppe äußerer LEDs

531 - 534 Gruppe äußerer LEDs

535 Gruppe innerer LEDs

541 - ^■ 544 Balkenförmige Gruppe von LEDs

1 1 Funktion der Lichtintensität über den mittleren Betriebsstrom der LED

31 Grenzwertkurve der ECE Regelung R48 im CIE Normfarbdiagramm

32 Black-Body oder Planckkurve im CIE Normfarbdiagramm

33-36 Weißpunkte im CIE Normfarbdiagramm

81 -87 Standard Automotive Binningklassen für Scheinwerfer

1 10 Gleichstrom

210, 220 Stromwellenform des getakteten Stromes

212, 222 arithmetischer Mittelwert des getakteten Stromes

214, 224 oberer Absolutwert des getakteten Stromes

216, 226 unterer Absolutwert des getakteten Stromes

310, 320 Stromwellenform des getakteten Stromes

312, 322 arithmetischer Mittelwert des getakteten Stromes

314, 324 oberer Absolutwert des getakteten Stromes

316, 326 unterer Absolutwert des getakteten Stromes

410, 420 Stromwellenform des getakteten Stromes

412, 422 arithmetischer Mittelwert des getakteten Stromes

414, 424 oberer Absolutwert des getakteten Stromes

416, 426 unterer Absolutwert des getakteten Stromes

510 Stromwellenform des getakteten Stromes

512, 522 arithmetischer Mittelwert eines Zeitraums des getakteten Stromes

610 Gleichstrom unterschiedlicher Höhe