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Dokumentenidentifikation DE102006030890A1 16.05.2007
Titel System und Verfahren zum Erzeugen von weißem Licht unter Verwendung einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto, Calif., US
Erfinder Lim, Kevin Len Li, Loveland, Col., US;
Lee, Joon Chok, Loveland, Col., US;
Ng, Kee Yean, Loveland, Col., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 04.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006030890
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse G05D 25/02(2006.01)A, F, I, 20061108, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05B 37/02(2006.01)A, L, I, 20061108, B, H, DE   H01L 25/13(2006.01)A, L, I, 20061108, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von weißem Licht umfasst ein Verwenden einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs, um weißes Licht zu erzeugen, und ein Einstellen des emittierten Lichts, ansprechend auf Rückkopplungssignale. Ein Erzeugen von weißem Licht unter Verwendung einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs erzeugt weißes Licht mit einem verbesserten CRI und einer breiten SPD. Ein Einstellen des emittierten Lichts, ansprechend auf eine Rückkopplung, ermöglicht, dass Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des weißen Lichts gesteuert werden, wenn sich die Leistung der LEDs im Laufe der Zeit verändert. Das emittierte Licht kann auf einer Pro-Farbe-Basis und/oder auf einer Pro-Gruppe-Basis eingestellt werden, wobei eine Gruppe von LEDs eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED umfasst.

Beschreibung[de]
Querverweis auf verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung (CIP) der Anmeldung Seriennummer 10/798,010, eingereicht am 11. März 2004 mit dem Titel „System and Method for Producing White Light Using LEDs", für die Priorität beansprucht wird. Die gesamte vorangegangene Anmeldung ist hier durch Bezugnahme aufgenommen.

Beschreibung

Licht emittierende Dioden (LEDs) sind normalerweise monochromatische Halbleiterlichtquellen und sind derzeit in verschiedenen Farben von UV-Blau bis Grün, Gelb und Rot erhältlich. Viele Beleuchtungsanwendungen, wie z. B. eine Gegenlichtbeleuchtung für Flüssigkristallanzeige-(LCD-) Schirme, benötigen Weißlichtquellen. Zwei gängige Lösungsansätze zum Erzeugen weißen Lichts unter Verwendung monochromatischer LEDs umfassen (1) ein Zusammenpacken einzelner roter, grüner und blauer LEDs und ein Kombinieren des Lichts, das von diesen LEDs emittiert wird, um weißes Licht zu erzeugen, und (2) ein Einbringen von fluoreszierendem Material in eine UV-, blaue oder grüne LED, so dass ein Teil des ursprünglichen Lichts, das durch den Halbleiterchip der LED emittiert wird, in Licht längerer Wellenlänge umgewandelt wird, und ein Kombinieren des Lichts längerer Wellenlänge mit dem ursprünglichen UV-, blauen oder grünen Licht, um weißes Licht zu erzeugen. LEDs, die unter Verwendung des zweiten Lösungsansatzes hergestellt werden, verwenden oft ein leuchtstoffbasiertes fluoreszierendes Material und werden als weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs bezeichnet.

Weißes Licht, das durch eine Kombination von roten, grünen und blauen LEDs erzeugt wird, weist eine breite Farbpalette auf, hat jedoch im Allgemeinen einen schlechten Farbwiedergabeindex (CRI). Obwohl die Farbpalette dieses Typs von Weißlichtquelle breit ist, benötigt die Lichtquelle eine komplexere Treiberschaltungsanordnung als eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED, da die roten, grünen und blauen LEDs Halbleiterchips umfassen, die unterschiedliche Betriebsspannungsanforderungen aufweisen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Betriebsspannungsanforderungen verschlechtern sich die roten, grünen und blauen LEDs unterschiedlich im Lauf ihrer Betriebslebensdauer, was eine Farbsteuerung über einen längeren Zeitraum hinweg schwierig machen kann.

Weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs benötigen nur einen einzigen Typ von monochromatischer LED, um weißes Licht zu erzeugen, und alle weißen LEDs einer Mehr-LED-Lichtquelle können mit der gleichen Betriebsspannung getrieben werden. Ein Nachteil von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs besteht darin, dass ihre spektrale Leistungsverteilung (SPD) nicht gleichmäßig ist. Dieser Nachteil führt zu einem relativ schlechten Farbwiedergabeindex (CRI). Zusätzlich neigt die Farbe, die durch weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs erzeugt wird, dazu, im Laufe der Betriebslebensdauer und bei Veränderungen von Bedingungen von ihrem ursprünglichen Wert abzuweichen.

Eine Weißlichtquelle wird benötigt, die einen hohen CRI und eine breite Farbpalette aufweist, die über der Zeit ein konstantes weißes Licht erzeugen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtsystems mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Lichtsystem gemäß Anspruch 1 oder 19 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.

Ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von weißem Licht umfasst ein Verwenden einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs, um weißes Licht zu erzeugen, und ein Einstellen des emittierten Lichts ansprechend auf Rückkopplungssignale. Ein Erzeugen von weißem Licht unter Verwendung einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs erzeugt weißes Licht mit einem verbesserten CRI und einer breiten SPD. Das Einstellen des emittierten Lichts ansprechend auf eine Rückkopplung ermöglicht, dass Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des weißen Lichts gesteuert werden, wenn sich die Leistung der LEDs im Laufe der Zeit ändert. Das emittierte Licht kann auf einer Pro-Farbe-Basis und/oder auf einer Pro-Gruppe-Basis eingestellt werden, wobei eine Gruppe von LEDs eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED umfasst.

Ein Lichtsystem gemäß der Erfindung weist eine Lichtquelle auf, die zumindest eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED, zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED und ein Spektralrückkopplungssteuersystem umfasst, das konfiguriert ist, um Licht zu erfassen, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, und um das Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, ansprechend auf die Lichterfassung einzustellen. Das Spektralrückkopplungssteuersystem kann einen Farbsensor, der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zu liefern, eine Steuerung, die konfiguriert ist, um ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale Steuersignale zu erzeugen, und einen Treiber umfassen, der konfiguriert ist, um ansprechend auf die Steuersignale Treibersignale zu erzeugen.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtsystems gemäß der Erfindung umfasst ein Liefern von Treibersignalen an eine Lichtquelle, die zumindest eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED umfasst, ein Erfassen von Licht, das ansprechend auf die Treibersignale erzeugt wird, ein Erzeugen von Rückkopplungssignalen ansprechend auf das erfasste Licht und ein Einstellen der Treibersignale, die an die Lichtquelle geliefert werden, ansprechend auf die Rückkopplungssignale. Farbspezifische Rückkopplungssignale können von dem erfassten Licht erzeugt werden. Die farbspezifischen Rückkopplungssignale werden verwendet, um die Treibersignale für die LEDs auf einer Pro-Farbe- und/oder Pro-Gruppe-Basis einzustellen, um Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des erfassten Lichts aufrechtzuerhalten.

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, die als Beispiel der Prinzipien der Erfindung veranschaulicht sind, ersichtlich. Es zeigen:

1 ein Lichtsystem, das verwendet wird, um einen Flüssigkristallanzeige-(LCD-)Schirm erfindungsgemäß von hinten zu beleuchten;

2 einen Graphen der spektralen Leistungsverteilung einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED über der spektralen Leistungsverteilung einer roten, grünen und blauen LED;

3 eine vergrößerte Ansicht des Treibers von 1, die Treiber zeigt, die spezifisch für die weißen, roten, grünen und blauen LEDs sind;

4A eine vergrößerte Ansicht der Steuerung von 1;

4B eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Steuerung von 1, das CIE-1931-Dreibereichswerte verwendet;

5 ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Lichtsystems;

6A bis 6E Beispiele für Lichtquellen mit unterschiedlichen Kombinationen von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs;

7A und 7B Steuerungen, die gruppenspezifische Steuersignale erzeugen;

8A und 8B Treiber, die gruppenspezifische Treibersignale erzeugen; und

9 ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Lichtsystems gemäß der Erfindung.

In der gesamten Beschreibung können ähnliche Bezugszeichen verwendet sein, um ähnliche Elemente zu identifizieren.

1 zeigt ein Lichtsystem 100, das verwendet wird, um einen Flüssigkristallanzeige-(LCD-)Schirm von hinten zu beleuchten. Das Lichtsystem umfasst einen LCD-Schirm 102, eine Lichtquelle 104 und ein Spektralrückkopplungssteuersystem 106. LCD-Schirme sind auf dem Gebiet von LCD-Anzeigen bekannt, und es können, obwohl ein LCD-Schirm beschrieben ist, andere optische Medien, die die Transmission von Licht ermöglichen, bei dem Lichtsystem verwendet werden.

Die Lichtquelle 104 ist konfiguriert, um weißes Licht ansprechend auf angelegte Treibersignale zu erzeugen. Die Lichtquelle ist bezüglich des LCD-Schirms 102 derart ausgerichtet, dass Licht auf eine Seitenoberfläche des LCD-Schirms auftrifft, wie es auf dem Gebiet von LCDs bekannt ist. Eine Gegenlichtbeleuchtung von LCD-Schirmen ist allgemein auf dem Gebiet bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Die Lichtquelle, die in 1 gezeigt ist, ist aus mehreren Licht emittierenden Dioden (LEDs) gebildet, die eine Mischung von LEDs 110, die weißes Licht oder cremefarbenes Licht emittieren, und LEDs 112, die monochromatisches Licht einer bestimmten Farbe emittieren, umfassen. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 sind die LEDs, die weißes Licht oder cremefarbenes Licht emittieren, Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und werden hier als „weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs" bezeichnet. Weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs sind auf dem Gebiet von LEDs bekannt. Bei einem Beispiel kombinieren weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs eine LED, die ein blaues Licht emittiert, mit einem Leuchtstoff, wie z. B. ceriumaktiviertes Yttrium-Aluminiumgranat (Y3Al5O12: Ce3+). Die blaue LED emittiert eine erste Strahlung, normalerweise mit einer Spitzenwellenlänge von 460-480 Nanometern (nm). Der Leuchtstoff absorbiert teilweise die blaue Strahlung und rückemittiert eine zweite Breitbandstrahlung mit einer Spitzenwellenlänge von 560-580 nm. Die Kombination der ersten und der zweiten Strahlung ergibt weißes Licht. Wie es hier verwendet wird, ist „weißes Licht" als ein Licht definiert, das einen Farbpunkt aufweist, der in der Nähe der Schwarzkörperkurve des CIE-Farbartdiagramms liegt, und „cremefarbenes Licht" ist als ein Licht definiert, das einen Farbpunkt aufweist, der weiter von der Schwarzkörperkurve entfernt liegt als der Farbpunkt des weißen Lichts. Ferner ist weißes Licht ein Licht, das zum Gegenlichtbeleuchten einer LCD geeignet ist, während cremefarbenes Licht kombiniert mit einer anderen Farb-LED verwendet werden muss, um weißes Licht zu erzeugen, das zum Gegenlichtbeleuchten einer LCD geeignet ist. Zum Beispiel kann eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED, die bläulich-weißes Licht emittiert, kombiniert mit einer roten und einer grünen Nicht-Leuchtstoffumwandlungs-LED verwendet werden, um weißes Licht zu erzeugen, das zum Gegenlichtbeleuchten einer LCD geeignet ist.

Die LEDs 112, die monochromatisches Licht einer bestimmten Farbe emittieren, verwenden keine Leuchtstoffumwandlung und werden hier als „Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs" bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 umfassen die Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs eine Mischung von roten (R), grünen (G) und blauen (B) LEDs, die monochromatisches farbiges Licht in dem jeweiligen roten, grünen und blauen Spektrum emittieren. Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs sind auf dem Gebiet der LEDs bekannt. Obwohl die Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel von 1 rot, grün und blau sind, können andere Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED-Kombinationen verwendet werden. Zum Beispiel können Farbmischungen, die cyanfarbene (C) und bernsteinfarbene (A) LEDs umfassen, anstelle von oder zusätzlich zu roten, grünen und blauen LEDs verwendet werden. Die weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110 werden bei der Lichtquelle verwendet, weil dieselben eine relativ effiziente Quelle weißen oder cremefarbenen Lichts sind. Weiße Leuchtstoffumwandlungs-LEDs weisen jedoch eine SPD auf, die zu kürzeren Wellenlängen hin vorgespannt ist, was zu einem relativ schlechten CRI führt. Die roten, grünen und blauen LEDs werden zu der Lichtquelle hinzugefügt, um sowohl (1) den CRI des weißen Lichts zu verbessern, das von der Lichtquelle emittiert wird, als auch (2) das weiße Licht zu steuern und aufrechtzuerhalten. 2 zeigt einen Graphen der spektralen Leistungsverteilung einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED über der spektralen Leistungsverteilung von roten, grünen und blauen LEDs.

Die weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110 und die Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112 sind normalerweise entlang einer Kante des LCD-Schirms 102 platziert. Wie es in 1 gezeigt ist, sind die weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und die Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs in einem sich wiederholenden Muster von weiß, rot, weiß, grün, weiß und blau (W R W G W B, wie es in 1 gezeigt ist) verteilt. Obwohl in 1 ein spezifisches Muster einer LED-Verteilung gezeigt ist, können andere Muster und/oder Verteilungen von LEDs verwendet werden. Die Details der Muster und/oder Verteilungen von LEDs sind anwendungsspezifisch.

Obwohl bei der Lichtquelle 104, die in 1 gezeigt ist, eine Mischung von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110 und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112 vorliegt, ist die Lichtquelle überwiegend aus weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs gebildet. Die Verteilung der LEDs in der gesamten Lichtquelle in 1 entspricht einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED für jede rote, grüne oder blaue LED. Bei einem anderen Beispiel kann ein Gegenlichtsystem für einen mittelgroßen LCD-Schirm (z. B. mehrere Zoll diagonal) eine Verteilung von zehn weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs, zwei roten LEDs, vier grünen LEDs und zwei blauen LEDs umfassen.

Um zu 1 zurückzukehren, umfasst das Spektralrückkopplungssteuersystem 106 einen Farbsensor 120, eine Steuerung 122 und einen Treiber 124. Der Farbsensor ist bezüglich des LCD-Schirms 102 und der Lichtquelle 104 ausgerichtet, um Licht zu erfassen, das durch den LCD-Schirm hindurchgeht, nachdem dasselbe von der Lichtquelle emittiert wurde. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 ist der Farbsensor ein Dreifarbsensor, der farbspezifische Rückkopplungssignale erzeugt, die farbspezifische Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des erfassten Lichts darstellen. Zum Beispiel liefert der Farbsensor einen Satz von elektrischen Signalen, der verwendet werden kann, um auf das erfasste Licht bezogene Dreibereichsinformationen darzustellen.

Die Steuerung 122 steuert das Treiben der LEDs 110 und 112, die die Lichtquelle 104 bilden. Die Steuerung empfängt farbspezifische Rückkopplungssignale von dem Farbsensor 120 und erzeugt Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale. Die Steuersignale werden erzeugt, um eine gewünschte Farbe von der Lichtquelle zu erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Steuersignale farbspezifische Steuersignale, die verwendet werden, um die LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis zu steuern.

Der Treiber 124 übersetzt die Steuersignale, die von der Steuerung empfangen werden, in Treibersignale, die die Lichtquelle 104 treiben. Zum Beispiel erzeugt der Treiber farbspezifische Treibersignale, die die LEDs 110 und 112 auf einer Pro-Farbe-Basis steuern. Das heißt, dass der Treiber die weißen LEDs und jeden Satz von Farb-LEDs (z. B. rot, grün und blau) getrennt steuern kann. Die Treibersignale, die durch den Treiber erzeugt werden, können Spannungs- und/oder Stromveränderungen umfassen, die an die LEDs angelegt werden. Alternativ dazu kann eine Zeitmodulation verwendet werden, um die Intensität des Lichts, das von den LEDs emittiert wird, zu steuern. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Treibers von 1. Der Treiber 324, der in 3 gezeigt ist, umfasst farbspezifische Treiber 324-1, 324-2 und 324-3 für die roten, grünen bzw. blauen LEDs sowie einen Treiber 324-4 für die weißen LEDs. Die farbspezifischen Treiber ermöglichen es, dass der Treiber die Farb-LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis steuert.

In Betrieb misst das Spektralrückkopplungssteuersystem 106 von 1 Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des Lichts, das von der Lichtquelle 104 ausgegeben wird, und stellt dann ansprechend auf die Messungen das Ausgangslicht ein. Ein Betrieb des Systems ist im Detail mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Um zu Beschreibungszwecken mit dem Treiber 124 zu beginnen, liefert der Treiber Treibersignale, um die LEDs 110 und 112 zu treiben. Zum Beispiel erzeugt der Treiber Treibersignale, die für die weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs spezifisch sind, und farbspezifische Treibersignale, die für die roten, grünen und blauen LEDs spezifisch sind. Die LEDs der Lichtquelle erzeugen ansprechend auf die Treibersignale Licht, und das Licht geht durch den LCD-Schirm 102 hindurch. Der Farbsensor 120 erfasst das Licht, das durch den LCD-Schirm hindurchgeht, und erzeugt Rückkopplungssignale ansprechend auf die Erfassung. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 gibt der Farbsensor farbspezifische Rückkopplungssignale aus, die auf das rote, grüne und blaue Spektrum bezogen sind. Die farbspezifischen Rückkopplungssignale von dem Farbsensor werden durch die Steuerung 122 empfangen und verwendet, um die Lichtquellentreibersignale einzustellen, um weißes Licht mit den gewünschten Luminanz- und Chrominanzcharakteristika zu erzeugen. Um weißes Licht mit den gewünschten Luminanz- und Chrominanzcharakteristika zu erreichen, erzeugt die Steuerung farbspezifische Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale von dem Farbsensor. Bei einem Ausführungsbeispiel werden farbspezifische Steuersignale durch ein Vergleichen der farbspezifischen Rückkopplungssignale von dem Farbsensor mit Referenzfarbinformationen erzeugt. Zum Beispiel werden die farbspezifischen Steuersignale in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den farbspezifischen Rückkopplungssignalen von dem Farbsensor und den Referenzfarbinformationen erzeugt. Beispieltechniken zum Erzeugen farbspezifischer Steuersignale sind im Folgenden genauer beschrieben.

Die farbspezifischen Steuersignale, die durch die Steuerung 122 erzeugt werden, werden an den Treiber 124 geliefert. Der Treiber übersetzt die farbspezifischen Steuersignale in farbspezifische Treibersignale. Die farbspezifischen Treibersignale werden dann an die Farb-LEDs 112 der Lichtquelle 104 angelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt der Treiber die Treibersignale auf einer Pro-Farbe-Basis ein, um weißes Licht mit den gewünschten Luminanz- und Chrominanzcharakteristika zu erzeugen.

Der Prozess des Lieferns von Treibersignalen, des Erfassens des sich ergebenden Lichts, des Erzeugens von Rückkopplungssignalen und des Einstellens der Treibersignale ansprechend auf die Rückkopplungssignale ist ein kontinuierlicher Prozess. Aufgrund der Rückkopplungsbeschaffenheit des Prozesses können Anpassungen der Treibersignale kontinuierlich auf einer Pro-Farbe-Basis vorgenommen werden, um die gewünschten Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des weißen Lichts aufrechtzuerhalten, obwohl das Licht, das von der Lichtquelle 104 emittiert wird, driften kann. Zum Beispiel können die roten, grünen und blauen LEDs 112 auf einer Pro-Farbe-Basis eingestellt werden, um weißes Licht mit den gewünschten Luminanz- und Chrominanzcharakteristika zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Liefern des gewünschten weißen Lichts ein Aufrechterhalten des gewünschten weißen Lichts, wenn das Licht, das durch die einzelnen Farb-LEDs der Lichtquelle emittiert wird, driftet.

Zu Beispielszwecken ist das System 100, das in 1 gezeigt ist, ein dreifarbiges („trichromatisches") RGB-basiertes System. Das farbige Licht eines trichromatischen Systems kann hinsichtlich Dreibereichswerten beschrieben werden, basierend auf einem Anpassen der drei Farben derart, dass die Farben normalerweise nicht einzeln wahrgenommen werden können. Dreibereichswerte stellen die Intensität von drei zusammenpassenden Lichtern in einem gegebenen trichromatischen System dar, die mit einem gewünschten Farbton übereinstimmen sollen. Dreibereichswerte können unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet werden: wobei:

Die relative spektrale Leistungsverteilung P8 ist die spektrale Leistung pro Konstantintervallwellenlänge über das gesamte Spektrum relativ zu einem festen Referenzwert. Die CIE-Farbanpassungsfunktionen x8, y8 und z8 sind die Funktionen x(8), y(8) und z(8) bei dem CIE-1931 farbmetrischen Standardsystem oder die Funktionen x10(8), y10(8) und z10(8) bei dem CIE-1964 ergänzenden farbmetrischen Standardsystem. Der CIE-1931 farbmetrische Standardbeobachter ist ein idealer Beobachter, dessen Farbanpassungseigenschaften den CIE-Farbanpassungsfunktionen zwischen 1°- und 4°-Feldern entsprechen, und der CIE-1964 farbmetrische Standardbeobachter ist ein idealer Beobachter, dessen Farbanpassungseigenschaften den CIE-Farbanpassungsfunktionen für Feldgrößen, die größer als 4° sind, entsprechen. Der Reflexionsgrad R8 ist das Verhältnis des Strahlungsflusses, der in einem gegebenen Kegel reflektiert wird, dessen Spitze auf der betrachteten Oberfläche liegt, zu demjenigen, der in der gleichen Richtung durch den perfekten Reflektierdiffusor reflektiert wird, der bestrahlt wird. Der Strahlungsfluss ist eine Leistung, die in Form von Strahlung emittiert, übertragen oder empfangen wird. Die Einheit des Strahlungsflusses ist das Watt (W). Ein perfekter Reflektierdiffusor ist ein idealer isotroper Diffusor mit einem Reflexionsgrad (oder einem Transmissionsgrad) gleich 1. Die Gewichtungsfunktionen Wx8, Wy8 und Wz8 sind die Produkte von relativer spektraler Leistungsverteilung P8 und einem bestimmten Satz von CIE-Farbanpassungsfunktionen x8, y8 und z8.

Die Steuerung 122, die in 1 gezeigt ist, kann auf viele unterschiedliche Weisen implementiert sein, um eine farbspezifische Steuerung zu erreichen. Die 4A und 4B zeigen Beispiele für Steuerungen 422, die bei der Lichtquelle, die in 1 gezeigt ist, verwendet werden können, um die roten, grünen und blauen LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis einzustellen. Mit Bezugnahme auf 4A umfasst die Steuerung 422 einen Referenzwertgenerator 430 und ein Steuermodul 432. Die Steuerung empfängt farbspezifische Rückkopplungssignale in Form von gemessenen Dreibereichswerten in dem RGB-Raum (R, G und B) von dem Farbsensor 120 (1). Die Steuerung empfängt auch Eingangsreferenzdreibereichswerte. Die Eingangsreferenzdreibereichswerte können in Form eines Soll- bzw. Zielweißfarbpunkt-(X ref und Y ref) und Lumenwerts (L ref) vorliegen. Ein Benutzer kann die Eingangsreferenzdreibereichswerte durch eine Benutzerschnittstelle (nicht gezeigt) eingeben, oder die Eingangsreferenzdreibereichswerte könnten auf irgendeine andere Weise empfangen werden. Der Referenzwertgenerator übersetzt die Eingangsreferenzdreibereichswerte in Referenzdreibereichswerte in dem RGB-Raum (R ref, G ref und B ref). Das Steuermodul bestimmt dann die Differenz zwischen den gemessenen Dreibereichswerten und den Referenzdreibereichswerten und erzeugt farbspezifische Steuersignale, die Anpassungen widerspiegeln, die an den Treibersignalen auf einer Pro-Farbe-Basis vorgenommen werden müssen, um die gewünschte Farbe zu erreichen. Die farbspezifischen Steuersignale bewirken, dass die Farb-LEDs nach Bedarf eingestellt werden, um Licht der gewünschten Farbe zu emittieren. Auf diese Weise nähern sich die Luminanz- und Chrominanzcharakteristika der Lichtquelle den gewünschten (d. h. Referenz-) Luminanz- und Chrominanzcharakteristika.

Das alternative System 400B von 4B ähnelt dem System 400A von 4A, außer dass dasselbe CIE-1931-Dreibereichswerte verwendet. Das System 400B umfasst einen Rückkopplungssignalübersetzer 434, der gemessene Dreibereichswerte in dem RGB-Raum in gemessene CIE-1931-Dreibereichswerte übersetzt. Zusätzlich wandelt der Referenzwertgenerator 430 Eingangsreferenzdreibereichswerte in Referenz-CIE-1931-Dreibereichswerte um. Das Steuermodul 432 bestimmt dann die Differenz zwischen den gemessenen CIE-1931-Dreibereichswerten und den Referenz-CIE-1931-Dreibereichswerten und stellt die farbspezifischen Steuersignale dementsprechend ein.

5 zeigt ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Lichtsystems. Bei Block 560 werden Treibersignale an eine Lichtquelle geliefert, die zumindest eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED und mehrere Farb-LEDs umfasst. Bei Block 562 wird Licht, das ansprechend auf die Treibersignale erzeugt wird, erfasst. Bei Block 564 werden Rückkopplungssignale ansprechend auf das erfasste Licht erzeugt. Bei Block 566 werden die Treibersignale, die an die Lichtquelle geliefert werden, eingestellt.

Obwohl das Lichtsystem 100 als ein Gegenlicht für einen LCD-Schirm beschrieben ist, kann das Lichtsystem bei jeder beliebigen anderen Lichtanwendung verwendet werden und ist in keiner Weise auf eine Gegenlichtbeleuchtung für LCD-Schirme beschränkt.

Andere Ausführungsbeispiele des Spektralrückkopplungssteuersystems 106, die Rückkopplungssignale liefern und die Farb-LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis ansprechend auf die Rückkopplungssignale einstellen, sind möglich.

Obwohl die Lichtquelle 104, die in 1 gezeigt ist, eine bestimmte Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs umfasst, sind andere Kombinationen möglich. Zusätzliche Beispiele für Lichtquellen mit unterschiedlichen Kombinationen von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs sind in den 6A-6E gezeigt. 6A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 104, das eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110, die cremefarbenes (off-white – OW) Licht emittieren, und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112, die rotes, grünes bzw. blaues Licht emittieren, umfasst. 6B zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 104, das eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110, die cremefarbenes Licht emittieren, und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112, die rotes Licht emittieren, umfasst. 6C zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 104, das eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110, die weißes Licht emittieren, und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112, die Rot bzw. Grün emittieren, umfasst. 6D zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 104, das eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110, die cremefarbenes Licht emittieren, und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112, die Rot bzw. Grün emittieren, umfasst. 6E zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 104, das eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs 110, die weißes Licht emittieren, und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs 112, die cyanfarbenes bzw. bernsteinfarbenes Licht emittieren, umfasst.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das unter Bezugnahme auf die 1-4B beschrieben ist, sind die Steuersignale und die Treibersignale als farbspezifische Steuersignale und farbspezifische Treibersignale beschrieben, die die LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis steuern. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können Steuersignale und Treibersignale auf eine Gruppenbasis erzeugt werden. Das heißt, unterschiedliche Kombinationen von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und/oder Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs können zusammen in Gruppen gesteuert werden. Zum Beispiel können bei einem Ausführungsbeispiel, das eine Lichtquelle 104 umfasst, die wie in 1 konfiguriert ist, die, roten LEDs in Kombination mit einigen oder allen der weißen LEDs gesteuert werden, die grünen LEDs können in Kombination mit einigen oder allen der weißen LEDs gesteuert werden, und die blauen LEDs können in Kombination mit einigen oder allen der weißen LEDs gesteuert werden. Die gruppierten LEDs werden mit gemeinsamen Steuersignalen gesteuert (z. B. ein Rot+Weiß-Steuersignal, ein Grün+Weiß-Steuersignal und ein Blau+Weiß-Steuersignal). Ein Vorteil des Steuerns von LEDs auf einer Gruppenbasis (z. B. bei unterschiedlichen Kombinationen von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs) besteht darin, dass das Lichtsystem ohne weiteres in größere Systeme integriert werden kann, die bereits für Lichtsysteme mit nur roten, grünen und blauen LEDs konfiguriert sind. Zum Beispiel können bei einigen Anwendungen die gleiche Steuerung, der gleiche Farbsensor, der gleiche Treiber und die gleiche Schaltungsplatine verwendet werden, wenn die LEDs gesteuert werden, wie es unter Bezugnahme auf die 7A und 8A beschrieben ist. Insbesondere kann ein Lichtsystem mit einer Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs-LEDs und roten, grünen und blauen Nicht-Leuchtstoffumwandlungs-LEDs gesteuert werden, wie es unter Bezugnahme auf die 1, 7A und 8A beschrieben ist, wobei drei Steuerkanäle anstelle von vier Steuerkanälen verwendet werden.

Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, erzeugt die Steuerung 122 Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel erzeugt die Steuerung gruppenspezifische Steuersignale, die verwendet werden, um Gruppen von LEDs zu steuern, die eine Kombination von unterschiedlichen weißen Leuchtstoffumwandlungs- und/oder Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs umfassen. Zum Beispiel zeigt 7A eine Steuerung, die gruppenspezifische Steuersignale erzeugt, die ein Rot+Weiß-Steuersignal zum Steuern der roten LEDs und zumindest eines Teils der weißen LEDs, ein Grün+Weiß-Steuersignal zum Steuern der grünen LEDs zumindest eines Teils der weißen LEDs und ein Blau+Weiß-Steuersignal zum Steuern der blauen LEDs und zumindest eines Teils der weißen LEDs umfassen. 7B zeigt eine Steuerung, die gruppenspezifische Steuersignale erzeugt, die ein Rot+Cremefarben-Steuersignal zum Steuern der roten LEDs und zumindest eines Teils der cremefarbenen LEDs, ein Grün-Steuersignal zum Steuern der grünen LEDs, ein Blau-Steuersignal zum Steuern der blauen LEDs und ein Cremefarben-Steuersignal zum Steuern zumindest eines Teils der cremefarbenen LEDs umfassen. Obwohl zwei Kombinationen von Steuersignalen, die zumindest ein gruppenspezifisches Steuersignal umfassen, unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben sind, werden andere Beispielskombinationen in Erwägung gezogen.

Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, übersetzt der Treiber 124 die Steuersignale, die von der Steuerung 122 empfangen werden, zu Treibersignalen, die die Lichtquelle 104 treiben. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Treiber gruppenspezifische Treibersignale, die verwendet werden, um Gruppen von LEDs zu treiben, die eine Kombination von weißen Leuchtstoffumwandlungs- und Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs umfassen. Zum Beispiel zeigt 8A einen Treiber, der gruppenspezifische Treibersignale erzeugt, die ein Rot+Weiß-Treibersignal zum Treiben der roten LEDs und zumindest eines Teils der weißen LEDs, ein Grün+Weiß-Treibersignal zum Treiben der grünen LEDs und zumindest eines Teils der weißen LEDs und ein Blau+Weiß-Treibersignal zum Treiben der blauen LEDs und zumindest eines Teils der weißen LEDs umfassen. 8B zeigt einen Treiber, der gruppenspezifische Treibersignale erzeugt, die ein Rot+Cremefarben-Treibersignal zum Treiben der roten LEDs und zumindest eines Teils der cremefarbenen LEDs, ein Grün-Treibersignal zum Treiben der grünen LEDs, ein Blau-Treibersignal zum Treiben der blauen LEDs und ein Cremefarben-Treibersignal zum Treiben der cremefarbenen LEDs umfassen. Obwohl zwei Kombinationen von Treibersignalen, die zumindest ein gruppenspezifisches Treibersignal umfassen, unter Bezugnahme auf die 8A und 8B beschrieben sind, werden andere Beispielskombinationen in Erwägung gezogen.

9 zeigt ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Lichtsystems gemäß der Erfindung. Bei Block 902 werden Treibersignale an eine Lichtquelle geliefert, die zumindest eine Leuchtstoffumwandlungsweißlicht emittierende Diode (LED) und zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED umfasst, um weißes Licht zu erzeugen. Bei Block 904 wird das weiße Licht, das ansprechend auf die Treibersignale erzeugt wird, erfasst. Bei Block 906 werden Rückkopplungssignale ansprechend auf das erfasste Licht erzeugt. Bei Block 908 werden die Treibersignale, die an die Lichtquelle geliefert werden, ansprechend auf die Rückkopplungssignale eingestellt.

Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und veranschaulicht worden sind, soll die Erfindung nicht auf die so beschriebenen und veranschaulichten spezifischen Formen oder Anordnungen von Teilen beschränkt sein. Der Schutzbereich der Erfindung soll durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sein.


Anspruch[de]
Lichtsystem, das folgende Merkmale aufweist:

eine Lichtquelle (104), die zumindest eine Leuchtstoffumwandlungsweißlicht emittierende Diode (LED) (110) und zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) umfasst; und

ein Spektralrückkopplungssteuersystem (106), das konfiguriert ist, um die Lichtquelle zu treiben, um weißes Licht auszugeben, um das weiße Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, zu erfassen und um das weiße Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, ansprechend auf die Lichterfassung einzustellen.
Lichtsystem gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest eine weiße Leuchtstoffumwandlungs-LED (110) eine LED aufweist, die weißes oder cremefarbenes Licht emittiert. Lichtsystem gemäß Anspruch 2, bei dem die zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) eine LED aufweist, die eines von rotem, grünem, blauem, cyanfarbenem und bernsteinfarbenem Licht emittiert. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) ferner einen Farbsensor (120) umfasst, der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zur Verwendung beim Steuern der LEDs zu liefern. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) ferner einen Farbsensor (120) umfasst, der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zur Verwendung beim Steuern der Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis zu liefern. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) ferner einen Farbsensor (120) umfasst, der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zur Verwendung beim Steuern der LEDs auf einer Pro-Gruppe-Basis zu liefern. Lichtsystem gemäß Anspruch 6, bei dem eine Gruppe eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED (110) und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) aufweist. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) eine Steuerung (122) umfasst, die konfiguriert ist, um die LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis zu steuern, um Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des weißen Lichts aufrechtzuerhalten, das von der Lichtquelle (104) ausgegeben wird. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) eine Steuerung (122) umfasst, die konfiguriert ist, um die LEDs auf einer Pro-Gruppe-Basis zu steuern, um Luminanz- und Chrominanzcharakteristika des weißen Lichts aufrechtzuerhalten, das von der Lichtquelle (104) ausgegeben wird. Lichtsystem gemäß Anspruch 9, bei dem eine Gruppe eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED (110) und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) aufweist. Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) folgende Merkmale umfasst:

einen Farbsensor (120), der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zu liefern;

eine Steuerung (122), die konfiguriert ist, um Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale zu erzeugen; und

einen Treiber (124) der konfiguriert ist, um Treibersignale ansprechend auf die Steuersignale zu erzeugen.
Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) folgende Merkmale umfasst:

einen Farbsensor (120), der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zu liefern;

eine Steuerung (122), die konfiguriert ist, um farbspezifische Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale zu erzeugen; und

einen Treiber (124), der konfiguriert ist, um farbspezifische Treibersignale ansprechend auf die farbspezifischen Steuersignale zu erzeugen.
Lichtsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) folgende Merkmale umfasst:

einen Farbsensor (120), der konfiguriert ist, um farbspezifische Rückkopplungssignale zu liefern;

eine Steuerung (122), die konfiguriert ist, um gruppenspezifische Steuersignale ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale zu erzeugen; und

einen Treiber (124), der konfiguriert ist, um gruppenspezifische Treibersignale ansprechend auf die gruppenspezifischen Steuersignale zu erzeugen;

wobei eine Gruppe eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Lichtsystems, das folgende Schritte aufweist:

Liefern (560) von Treibersignalen an eine Lichtquelle, die zumindest eine Leuchtstoffumwandlungsweißlicht emittierende Diode (LED) und zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED umfasst, um weißes Licht zu erzeugen;

Erfassen (562) des weißen Lichts, das ansprechend auf die Treibersignale erzeugt wird;

Erzeugen (564) von Rückkopplungssignalen ansprechend auf das erfasste Licht; und

Einstellen (566) der Treibersignale, die an die Lichtquelle geliefert werden, ansprechend auf die Rückkopplungssignale.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Erzeugen (564) von Rückkopplungssignalen ein Erzeugen von farbspezifischen Rückkopplungssignalen aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Einstellen (566) der Treibersignale ein Einstellen der Treibersignale für die Farb-LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Einstellen (566) der Treibersignale ein Einstellen der Treibersignale für die LEDs auf einer Pro-Gruppe-Basis ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale umfasst. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem das Einstellen (566) der Treibersignale ein Einstellen der Treibersignale für die LEDs auf einer Pro-Gruppe-Basis ansprechend auf die farbspezifischen Rückkopplungssignale umfasst, wobei eine Gruppe eine Kombination von zumindest einer Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED aufweist. Lichtsystem, das folgende Merkmale aufweist:

einen LCD-Schirm (102);

eine Lichtquelle (104) in optischer Kommunikation mit dem LCD-Schirm, die zumindest eine Leuchtstoffumwandlungsweißlicht emittierende Diode (LED) (110) und zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) umfasst; und

ein Spektralrückkopplungssteuersystem (106), das konfiguriert ist, um die Lichtquelle zu treiben, um weißes Licht auszugeben, um das weiße Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, zu erfassen und um das weiße Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, ansprechend auf die Lichterfassung einzustellen.
Lichtsystem gemäß Anspruch 19, bei dem die zumindest eine Leuchtstoffumwandlungs-LED (110) eine LED aufweist, die weißes oder cremefarbenes Licht emittiert. Lichtsystem gemäß Anspruch 20, bei dem die zumindest eine Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED (112) eine LED aufweist, die eines von rotem, grünem, blauem, cyanfarbenem und bernsteinfarbenem Licht emittiert. Lichtsystem gemäß Anspruch 21, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) konfiguriert ist, um die Farb-LEDs auf einer Pro-Farbe-Basis zu steuern. Lichtsystem gemäß Anspruch 21, bei dem das Spektralrückkopplungssteuersystem (106) konfiguriert ist, um die LEDs auf einer Pro-Gruppe-Basis zu steuern, wobei eine Gruppe eine Kombination von zumindest einer weißen Leuchtstoffumwandlungs-LED und zumindest einer Nicht-Leuchtstoffumwandlung-Farb-LED aufweist.






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