EP2561725A1 - Led-modul mit passiv-led - Google Patents

Led-modul mit passiv-led

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EP2561725A1
EP2561725A1 EP11715878A EP11715878A EP2561725A1 EP 2561725 A1 EP2561725 A1 EP 2561725A1 EP 11715878 A EP11715878 A EP 11715878A EP 11715878 A EP11715878 A EP 11715878A EP 2561725 A1 EP2561725 A1 EP 2561725A1
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EP
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led
passive
leds
circuit board
emitted
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Tobias Roos
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LightDesign Solutions GmbH
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LightDesign Solutions GmbH
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    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/06Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being coupling devices, e.g. connectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21KNON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/007Array of lenses or refractors for a cluster of light sources, e.g. for arrangement of multiple light sources in one plane
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/58Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving end of life detection of LEDs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V25/00Safety devices structurally associated with lighting devices
    • F21V25/02Safety devices structurally associated with lighting devices coming into action when lighting device is disturbed, dismounted, or broken
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    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00Planar light sources
    • F21Y2105/10Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an LED module comprising a plurality of arranged on a printed circuit board LED, each having a so-called embedding with a lens with which the respective LED protrudes from the PCB level, the LED are each coupled to a Lichteinkopplungselement a Lichtleitgropers and the respective luminous flux of the associated LED from the LED is emitted to the outside by the respectively associated light coupling element.
  • LED modules consisting of several arranged on a PCB LED have been known for some time.
  • Such an LED consists of an anode connection, a cathode connection, and a "bowl” in which an LED crystal is inserted.
  • This LED crystal is connected to the anode connection via a bonding wire.
  • Embedding which is usually made of a plastic. As a rule, this embedding forms a kind of lens so that the light beam emitted by the LED crystal is radiated over as large a surface area as possible in order to minimize the glare effect of the observer.
  • sol che LED in a matrix-like multiple arrangement on a circuit board to submit a sufficient luminosity to it ⁇ .
  • the lifespan of such LEDs is given as several thousand hours, it is nevertheless possible to observe that individual LEDs of an LED module may fail prematurely. If several LEDs are provided, the failure of one LED with respect to the total light output of the entire LED module is generally negligible. However, the failure of an LED when viewing the LED module is visible to the outside and disturbs the one hand, the appearance of the LED module. Although the luminous intensity of the LED module is still sufficient if one LED fails, the LED module is often replaced due to this disturbing appearance, so that unnecessary costs are incurred here. Accordingly, the invention has for its object to provide an LED module consisting of several arranged on a printed circuit board LED available, in which the failure of individual LED does not appear to the outside in appearance.
  • the object is achieved according to the invention together with the features of the preamble of claim 1, characterized in that on the circuit board to the LED at least one passive LED is provided, which is activated in case of failure of the LED and that emitted by the passive LED luminous flux radiates into the Lichteinkopp- element of the respective LED and is emitted via the light-introducing element to the outside.
  • the "coupling in” of the luminous flux emitted by the passive LED into the light-coupling element of the failed LED continues to make it luminous, so that the overall optical impression of the LED module is not disturbed.
  • FIG. 1 shows a perspective top view of a printed circuit board with a mounted LED and a plurality of passive LEDs arranged between the LEDs;
  • Fig. 2 is a sectional view II-II of Fig. 1 of a fully assembled serving as a light source LED module.
  • Fig. 1 shows an example of a possible embodiment variant of a printed circuit board 75, which is equipped with a plurality of arranged in a matrix LED 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89.
  • Each of these LEDs 76 to 89 is each provided with an outwardly projecting lens 100.
  • a total of three Pas ⁇ SIV LED 95, 96 and 97 are provided.
  • the passive LED 95 is vorlie ⁇ quietly the LED 78, 79, 80, 81, 89 light-optically conjugate, so that a beam emitted from the passive LED luminous flux these adjacent LED 78, 79, 80, 81, can reach the 89th
  • the passive LED 96 is similarly associated with the LED 76, 77, 83, 87, 88, while the passive LED 97 is associated with the LED 82, 84, 85, 86.
  • the printed circuit board 75 in the region of the LEDs 76 and 88 is provided with a schematically illustrated electrical connection plug 115, via which all the LEDs 76 to 89 can be supplied together or in groups with the required operating energy.
  • FIG. 2 shows a simplified sectional illustration II-II from FIG. 1 of a mounted LED module 1. Due to the sectional guidance, only those arranged on the printed circuit board 75 are accordingly arranged in FIG LED 76, 77, 78 and 79 with their lenses 100, 101, 102, and 104 and the "between" these arranged passive LED 95 and 96 recognizable.
  • the LEDs 76, 77, 78, 79 project with their respective spherically curved lenses 100, 101, 102, 103 into the respectively assigned light coupling element 30, 31, 32, 33, so that the light is coupled into the light coupling elements 30, 31, 32, 33 incoming luminous flux, for example, substantially parallel through the ⁇ Lichteinkopplungsiana 30, 31, 32, 33 is emitted in the direction of the arrow 116 to the outside.
  • further optical systems can be placed or upstream of a predetermined distribution of the luminous flux.
  • the printed circuit board 75 in the LED module 1 is accommodated between a light-conducting body 2 and a housing plate 66.
  • the light guide body 2 is mounted on the present ei ⁇ NEN mounting frame 20 fixed on the underside of the Genzouseplat ⁇ te 66 and may be with this example, comparable detachably screwed.
  • a seal 65 is inserted and thus the mounting frame 20 sealed completely circumferentially about this seal 65 relative to the housing plate 66.
  • the mounting frame 20 and the light guide 2 may be integrally formed.
  • the LEDs 76, 77, 78 and 79 with their lenses 100, 101, 102, 103 protrude into the respective associated light coupling element 30, 31, 32, and 33, respectively.
  • the light rays emitted conically by the LEDs 76 to 79 or their lenses 100 to 103 are thus emitted in the direction of the arrow 116 essentially to a uniform luminous flux vertically downwards.
  • one of the passive LEDs 95 and 96 associated with the LEDs 76, 77 and 77, 78 can be activated by a corresponding control.
  • a luminous flux in the direction of the arrow 3 or 4 in the Lichteinkopplungs may 30, 31 or 32, 33 and radiated from this, for example, in the direction of the respective arrow 116 redirected to the outside.
  • the corresponding LED or the corresponding Lichteinkopplungs- element 31, 31 and 32, 33 thus appears outwardly still lit, so that the external appearance of the LED module 1 is not disturbed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul (1) bestehend aus mehreren auf einer Leiterplatte (75) angeordneten LED (76 bis 89), welche jeweils eine sogenannte Einbettung mit einer Linse (100 bis 113) aufweisen, mit welchen die jeweilige LED (76 bis 89) aus der Leiterplattenebene vorsteht, wobei die LED (76 bis 89) jeweils mit einem Lichteinkopplungselement eines Lichtleitköpers gekoppelt sind und durch das jeweils zugehörige Lichteinkopplungselement der jeweilige Lichtstrom der zugehörigen LED (76 bis 89) aus dem LED-Modul (1) nach außen abgestrahlt wird. Zum Erreichen eines homogenen äußeren Erscheinungsbildes ist auf der Leiterplatte (75) zu den LED (76 bis 89) wenigstens eine Passiv-LED (95, 96, 97) vorgesehen ist, welche bei Ausfall einer der LED (76 bis 89) aktivierbar ist. Der von dieser Passiv-LED (95, 96, 97) emittierte Lichtstrom wird in das Lichteinkopplungselement (30, 31, 32, 33) der jeweiligen LED (76 bis 89) einstrahlt und über das Lichteinkopplungselement nach außen abgestrahlt.

Description

Bezeichnung: LED-Modul mit Passiv-LED Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine LED-Modul bestehend aus mehreren auf einer Leiterplatte angeordneten LED, welche jeweils eine soge- nannte Einbettung mit einer Linse aufweisen, mit welchen die jeweilige LED aus der Leiterplattenebene vorsteht, wobei die LED jeweils mit einem Lichteinkopplungselement eines Lichtleitköpers gekoppelt sind und durch das jeweils zugehörige Lichteinkopplungselement der jeweilige Lichtstrom der zugehörigen LED aus dem LED- nach außen abgestrahlt wird.
LED-Module bestehend aus mehreren auf einer Leiterplatte angeordneten LED sind schon seit geraumer Zeit bekannt. Eine solche LED besteht aus einem Anoden-Anschluss , einem Kathoden- Anschluss, sowie einem "Napf", in welchen ein LED-Kristall ein- gesetzt ist. Dieser LED-Kristall steht über einen Bonddraht mit dem Anoden-Anschluss in Verbindung. Zum Schutz sowohl des Kathoden-Anschlusses als auch des Anoden-Anschlusses sowie des LED- Kristalls sind diese Bauteile in eine sog. "Einbettung" eingebettet, welche in der Regel aus einem Kunststoff besteht. Diese Einbettung bildet in der Regel eine Art Linse, so dass der vom LED-Kristall emittierte Lichtstrahl möglichst großflächig abgestrahlt wird, um eine Blendwirkung des Betrachters möglichst zu verringern . Da solche LED zwischenzeitlich eine auch für Beleuchtungszwecke ausreichende Lichtstärke aufweisen, ist man in jüngster Zeit vermehrt dazu übergegangen, solche LED auch für Leuchten verschiedenster Art einzusetzen. Insbesondere ist es bekannt, sol- che LED in einer matrixartigen Mehrfachanordnung auf einer Leiterplatte anzuordnen, um eine ausreichende Leuchtstärke zu er¬ reichen .
Zwar ist die Lebensdauer solcher LED mit mehreren tausend Stunden angegeben, jedoch ist es trotzdem zu beobachten, dass ein- zelne LED eines LED-Moduls vorzeitig ausfallen können. Sind mehrere LED vorgesehen, so ist der Ausfall einer LED bezüglich der gesamten Lichtleistung des gesamten LED-Moduls in der Regel vernachlässigbar. Jedoch ist der Ausfall einer LED bei Betrachtung des LED-Moduls nach außen hin erkennbar und stört einerseits das äußere Erscheinungsbild des LED-Moduls. Obwohl die Leuchtstärke des LED-Moduls bei Ausfall einer LED noch ausreichend ist, wird häufig auf Grund dieses störenden Erscheinungsbildes trotzdem das LED-Modul ausgetauscht, so dass hier unnötige Kosten verursacht werden. Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein LED-Modul bestehend aus mehreren auf einer Leiterplatte angeordneten LED zur Verfügung zu stellen, bei welchem der Ausfall einzelner LED nach außen nicht in Erscheinung tritt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den Merkmalen der Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass auf der Leiterplatte zu den LED wenigstens eine Passiv-LED vorgesehen ist, welche bei Ausfall einer der LED aktivierbar ist und, dass der von der Passiv-LED emittierte Lichtstrom in das Lichteinkopp- lungselement der jeweiligen LED einstrahlt und über das Licht- einkopplungselement nach außen abgestrahlt wird. Durch diese Ausgestaltung erscheint durch die "Einkopplung" des von der Passiv-LED emittierten Lichtstromes in das Lichteinkopp- lungselement des ausgefallenen LED weiterhin leuchtend, so dass der optische Gesamteinruck des LED-Moduls nicht gestört ist.
Weiter kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, dass mehrere Pas¬ siv-LED vorgesehen sind, welche mehreren LED mit ihren Lichtein- kopplungselementen zugeordnet sind und, dass die jeweilige Passiv-LED bei Ausfall einer der jeweils zugeordneten LED aktivierbar ist. Durch diese Ausgestaltung kann die Anzahl der einzusetzenden Passiv-LED auf ein Minimum reduziert werden. Die jeweiligen Passiv-LED sind dabei vorzugsweise zwischen den in einer Matrix angeordneten LED angeordnet, so dass der Lichtstrom der Passiv-LED gleichzeitig mehrere Lichteinkopplungselemente der umgebenden LED erreichen kann und somit mehrere Lichteinkopplungselemente gleichzeitig durch eine einzige Passiv-LED mit dem erforderlichen Lichtstrom versorgt werden können.
Anhand der Zeichnung wird nachfolgend beispielhaft eine Ausführungsvariante eines mit erfindungsgemäßen Passiv-LED ausgestatten LED-Moduls näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht einer Leiterplatte mit aufgesetzten LED und mehreren zwischen den LED angeordneten Passiv-LED;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung II-II aus Fig. 1 eines vollständig montierten als Lichtquelle dienenden LED- Moduls .
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausgestaltungsvariante einer Leiterplatte 75, welche mit mehreren in einer Matrix angeordneten LED 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 ausgestattet ist. Jede dieser LED 76 bis 89 ist jeweils mit einer nach außen vorstehenden Linse 100. 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112 bzw. 113 versehen, welche im in ein LED-Modul 1 eingesetzten Zustand jeweils in ein Licht- einkopplungselement 30, 31, 32, 33 eines Lichtleit körpers 2 hineinragt, wie dies für die LED 76, 77, 78 und 79 aus Fig. 2 er- sichtlich ist.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Pas¬ siv-LED 95, 96 und 97 vorgesehen. Die Passiv-LED 95 ist vorlie¬ gend den LED 78, 79, 80, 81, 89 lichtoptisch zugeordnet, so dass ein von der Passiv-LED emittierter Lichtstrom diese benachbarten LED 78, 79, 80, 81, 89 erreichen kann. Die Passiv-LED 96 ist in gleicher Weise den LED 76, 77, 83, 87, 88 zugeordnet, während die Passiv-LED 97 den LED 82, 84, 85, 86 zugeordnet ist.
Des Weiteren ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass die Leiterplatte 75 im Bereich der LED 76 und 88 mit einem schematisch darge- stellten elektrischen Anschlussstecker 115 versehen ist, über welchen allen LED 76 bis 89 gemeinsam oder Gruppenweise die erforderliche Betriebsenergie zuführbar ist.
Bezüglich der Funktionsweise dieser Passiv-LED 95, 96 und 97 zeigt Fig. 2 eine vereinfachten Schnittdarstellung II - II aus Fig. 1 eines montierten LED-Moduls 1. Auf Grund der Schnittführung sind in Fig. 2 dementsprechend nur die auf der Leiterplatte 75 angeordneten LED 76, 77, 78 und 79 mit ihren Linsen 100, 101, 102, und 104 sowie die "zwischen" diesen angeordneten Passiv-LED 95 und 96 erkennbar. Im montierten Zustand ragen die LED 76, 77, 78, 79 mit ihren jeweiligen sphärisch gewölbt ausgebildeten Linsen 100, 101, 102, 103 in das jeweils zugeordnete Lichteinkopplungselement 30, 31, 32, 33 definiert hinein, so dass der in die Lichteinkopplungs- elemente 30, 31, 32, 33 eintretende Lichtstrom beispielsweise im Wesentlichen parallel durch die Lichteinkopplungselemente 30, 31, 32, 33 in Richtung des Pfeils 116 nach außen abgestrahlt wird. Auf die Lichteinkopplungselemente 30, 31, 32, 33 können zu einer vorbestimmten Verteilung des Lichtstromes weitere optische Systeme aufgesetzt oder vorgelagert sein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Leiterplatte 75 im LED- Modul 1 zwischen einem Leichtleit körper 2 und einer Gehäuseplatte 66 aufgenommen. Der Lichtleitkörper 2 ist vorliegend über ei¬ nen Montagerahmen 20 feststehend unterseitig an der Gehäuseplat¬ te 66 montiert und kann mit diesem beispielsweise lösbar ver- schraubt sein. Im Bereich des Montageflansches 25 des Montage¬ rahmens 20 ist eine Dichtung 65 eingesetzt und somit der Montagerahmen 20 über diese Dichtung 65 gegenüber der Gehäuseplatte 66 vollständig umlaufend abgedichtet. Auch können der Montagerahmen 20 und der Lichtleitkörper 2 einstückig ausgebildet sein. Des Weiteren ist erkennbar, dass die LED 76, 77, 78 und 79 mit ihren Linsen 100, 101, 102, 103 in das jeweils zugeordneten Lichteinkopplungselement 30, 31, 32, bzw. 33 hineinragen. Durch diese Lichteinkopplungselemente 30, 31, 32, 33 werden somit die kegelförmig von den LED 76 bis 79 bzw. deren Linsen 100 bis 103 emittierten Lichtstrahlen in Richtung des Pfeiles 116 im Wesentlichen zu einem gleichmäßigen Lichtstrom vertikal nach unten ausgestrahlt .
Fällt nun eine der LED 76, 77, 78 oder 79 aus, so ist eine der entsprechend den LED 76, 77 bzw. 77, 78 zugeordnete Passiv-LED 95 bzw. 96 durch eine entsprechende Ansteuerung aktivierbar. Je nachdem, welche der LED 76, 77, 78 oder 79 ausgefallen ist, wird dementsprechend ein Lichtstrom in Richtung des Pfeils 3 bzw. 4 in die Lichteinkopplungselemente 30, 31 bzw. 32, 33 eingestrahlt und von diesen beispielsweise in Richtung des jeweiligen Pfeils 116 nach außen umgelenkt. Die entsprechende LED bzw. das entsprechende Lichteinkopplungs- element 31, 31 bzw. 32, 33 erscheint somit nach außen hin weiterhin leuchtend, so dass das äußere Erscheinungsbild des LED- Moduls 1 nicht gestört wird. Es ist somit nach außen hin nicht - oder nur für das geschulte Auge eines Betrachters - erkennbar, dass eine der LED 76, 77, 78 oder 79 ausgefallen ist. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist weiter, dass die Passiv-LED 95, 96 bzw. 79 mit wesentlich geringerer Leistung betrieben werden können, als die Hochleistungs- LED 76 bis 89 aus Fig. 1. Damit lässt sich die Funktionsfähigkeit einer ausgefallenen LED bei äußerst geringem Energieaufwand simulieren .

Claims

Patentansprüche
1. LED-Modul (1) bestehend aus mehreren auf einer Leiterplatte (75) angeordneten LED (76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89), welche jeweils eine sogenannte Einbettung mit einer Linse (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, III, 112, 113) aufweisen, mit welchen die jeweilige LED (76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89) aus der Leiterplattenebene vorsteht, wobei die LED (76 bis 89) jeweils mit einem Lichteinkopplungselement (30, 31, 32, 33) eines Lichtleitköpers (2) gekoppelt sind und durch das jeweils zugehörige Lichteinkopplungselement (30, 31, 32, 33) der jeweilige Lichtstrom der zugehörigen LED (76 bis 89) aus dem LED-Modul (1) nach außen abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet ,
dass auf der Leiterplatte (75) zu den LED (76 bis 89) wenigstens eine Passiv-LED (95, 96, 97) vorgesehen ist, welche bei Ausfall einer der LED (76 bis 89) aktivierbar ist und, dass der von der Passiv-LED (95, 96, 97) emittierte Lichtstrom (Pfeile 3 und 4) in das Lichteinkopplungselement (30,
31, 32, 33) der jeweiligen LED (76 bis 89) einstrahlt und über das Lichteinkopplungselement (30, 31, 32, 33) nach außen abgestrahlt wird.
2. LED-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Passiv-LED (95, 96 bzw. 97) vorgesehen sind, welche mehreren LED (78, 79, 80, 81, 89 bzw. 76, 77, 83, 87, 88 bzw. 82, 84, 85, 86) mit ihren Lichteinkopplungselementen (30, 31,
32, 33) zugeordnet sind und,
dass die jeweilige Passiv-LED (95, 95 bzw. 96) bei Ausfall einer der jeweils zugeordneten LED (78, 79, 80, 81, 89 bzw. 76, 77, 83, 87, 88 bzw. 82, 84, 85, 86) aktivierbar ist.
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EP (1) EP2561725B1 (de)
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DE (1) DE202010004874U1 (de)
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