CN103098553B

CN103098553B - 编码的发光装置

Info

Publication number: CN103098553B
Application number: CN201180044339.6A
Authority: CN
Inventors: T.洛佩滋; G.索尔勒德
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: EP2617143A1; EP2617143B1; RU2013116898A; JP2013541885A; WO2012035469A1; RU2613430C2; TW201225548A; JP5952820B2; US9686011B2; US20130272716A1; CN103098553A; BR112013005767A2

Abstract

本发明涉及一种照明装置，其用于将数据信号的数据符号嵌入到所述照明装置的亮度输出中。所述装置包括LED，所述LED包括具有公共电极的并且是可单独控制的至少两个段。所述LED被配置成响应于驱动信号生成亮度输出。所述装置进一步包括控制器，所述控制器被配置用于响应于所述数据信号使所述段中的一个接通或者断开以便将所述数据信号的数据符号嵌入到所述装置的光输出中。这样的方法的一个优点是所提出的装置是与常规LED驱动器兼容的，因为没有用于对所述驱动信号进行调制的附加电子设备是必要的，这使简单的实施方案和降低的成本成为可能。

Description

编码的发光装置

技术领域

本发明的实施例大体上涉及照明系统的领域，并且更具体地涉及用于将数据嵌入到这样的照明系统的光输出中的系统和方法。

背景技术

可见光通信指的是经由照明光源所产生的光输出传送数据。这样的通信是未来使得能够进行局部（localized）无线数据交换的有前景的方式，这是因为宽阔的未经许可的频带可用于此并且因为被使用来照明房间或空间的发光二极管（LED）可以被应用来提供通信。可能地，未来的每一照明光源都能够成为通信源。

一种可见光通信技术是基于响应于数据信号通过对照明装置的光输出进行调制来将数据嵌入到照明装置的光输出中的（这样的光输出有时被称为“编码的光”并且缩写为“CL”）。优选地，光输出在高频率下和/或使用特殊的调制方案被调制，使得调制对于人类而言是不可见的。

为了实现这种可见光通信系统，照明系统通常采用专用驱动器电子设备以便允许将数据信号叠加到LED驱动信号上。图1是这样的照明系统100的示意图。如所示出的那样，照明系统100包括专用驱动器电路110和LED 120，并且被配置成根据光设置生成光输出125。专用驱动器电路110包括驱动信号发生器112和驱动器控制器114。照明系统100被配置成如下述一样操作。如图1中所示出，针对照明系统100的光设置被提供给驱动信号发生器112。光设置指示平均光输出125例如在光功率（其例如以流明为单位定义）和色彩方面应该是什么。驱动信号发生器112将光设置转化成针对LED 120的驱动信号（例如，驱动电流），并且将该驱动信号提供给驱动器控制器114。

驱动器控制器114被进一步配置成从数据源130接收信号135。信号135包括要被嵌入到LED 120的光输出125中的数据位。驱动器控制器114被配置成响应于信号135对要被应用于LED 120的驱动信号进行调制，以便将信号135的数据位嵌入到光输出125中。驱动信号能够如何被调制以便将数据嵌入到光源的光输出中的各种技术（脉宽调制、幅度调制等）为本领域的技术人员所知，并且因此未被更详细地描述。

这样的方法的一个问题是：修改常规LED驱动器以便如上面描述的专用驱动器电路110一样运作实施起来是昂贵的并且复杂的。因此，本领域中所需要的是用于不需要对应用于LED的驱动信号进行调制的、将数据嵌入到LED的光输出中的技术。

发明内容

本发明的目标是提供适合于在不用对提供给LED的驱动信号进行调制的情况下将数据嵌入到LED的光输出中的系统和方法。

根据本发明的一个方面，公开了一种照明装置，其用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到该照明装置的亮度输出中。所述照明装置包括LED，所述LED至少包括第一段和第二段。所述第一段和所述第二段具有公共电极并且是可单独控制的。所述LED被配置成响应于驱动信号生成亮度输出。所述照明装置进一步包括控制器，所述控制器被配置用于响应于所述数据信号使所述第二段接通或者断开以便嵌入所述数据信号的一个或多个数据符号。

如本文所使用的那样，短语“断开[LED的]段”指的是中断提供给所述段的驱动信号。类似地，短语“接通[LED的]段”指的是将所述驱动信号提供给所述段。当段被断开时，它不生成光。当段被接通时，它生成光。所述LED的亮度输出是所述段中的每一个的亮度输出的组合。

本发明是基于这样的认识，即提供被分成具有公共电极的并且是可单独控制的至少两个段（即，它们可以被单独接通或者断开）的LED允许在不必改变供应给所述段的公共电极的驱动信号的情况下改变由所述LED产生的光输出。当驱动信号被应用于所述公共电极时，断开所述段中的一个导致通过其它段的电流密度的增加，其在标称操作下产生光输出性能的降级，因为所述LED的内量子效率（IQE）下降了（该效应通常被称为“下垂效应”）。继而，所述光输出性能的变化可以被使用来嵌入数据符号。以这种方式，常规LED驱动器可以被使用来向所述两个段的公共电极提供驱动信号，而对所述光输出的调制通过使用例如在所述LED驱动器外面的开关来使所述段中的一个接通和断开而被执行。这个方法提供了超过现有技术的优点，在于这样的装置与常规LED驱动器是兼容的，因为没有用于调制所述驱动信号的附加电子设备是必要的，这使简单的实施方案和降低的成本成为可能。

如本文所使用的那样，术语“标称操作”被使用来描述LED在合意地导致了所述LED的最大IQE的这样的电流密度下的操作。

本文所描述的光源可以包括无机或有机发光二极管。嵌入在所述照明系统的光输出中的数据可以包括光源的局部标识信息、它们的能力和/或设置、或与所述光源相关的其它类型的信息。然而，应当指出，所述照明系统不是必须出于照明空间或区域的目的而被应用，其同样也可能应用于数据通信。作为例子，所述照明系统可以构成到网络的接入点。对于这样的应用，由所述照明系统产生的光输出的至少一部分可能在可见光谱之外（即，系统的光源中的一个的光输出可能在可见光谱之外）。

根据本发明的其它方面，提供了用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到照明装置的亮度输出中的对应方法以及包括一个或多个照明装置的照明系统。

本发明的一些实施例提供了定义针对所述照明装置的调制深度的方式。如本文所使用的那样，术语“调制深度”指的是所述LED的亮度输出的强度或幅度中的变化的范围，其中幅度或强度的不同级别对应于编码在所述亮度输出中的不同数据位。

本发明的另一些实施例指定所述公共电极可以为阴极或阳极。

本发明的又一些实施例提供了要在所述照明装置中被采用的所述LED的有利类型。所述发光二极管可以包括薄膜倒装芯片装置。

在下文中，本发明的实施例将被更详细地描述。然而，应当理解，该实施例可以不被解释为限制针对本发明的保护的范围。

附图说明

图1是根据现有技术的照明系统的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的、被安装在结构中的照明系统的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的、分段的LED方法的实施方案的示意图；以及

图5是下垂效应的示意图。

具体实施方式

在以下描述中，许多的具体细节被阐述来提供对本发明的更彻底的理解。然而，对于本领域的技术人员将是明显的是，本发明可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下被实践。在其它实例中，众所周知的特征未被描述以便避免使本发明复杂难懂。

图2示出了具有安装的照明系统210的结构200（在此案例中是房间）。照明系统210包括光源220中的一个或多个以及一个或多个控制器（在图1中未示出），所述一个或多个控制器控制所述光源220。当用电信号驱动时，光源220照明结构200的部分。光源220可以包括无机和/或有机发光装置。照明系统210可以进一步包括允许用户控制光源220的遥控器230。

图3是根据本发明的一个实施例的照明系统300的示意图。照明系统300可以被用作为图2中所图示的结构200中的照明系统210。如所示，照明系统300包括：LED 320，其包括至少两个具有公共电极的可单独控制的段；LED驱动器310，其被配置成向LED 320提供驱动信号；以及数据源330，其被配置成提供要被嵌入到LED 320的光输出中的数据。

照明系统300被配置成如下述一样操作。如图3中所示出的，针对照明系统300的光设置被提供给LED驱动器310。光设置例如可以由用户经由遥控器230来提供，或者可以被预编程并从控制场景设置的外部单元来提供。替换地，光设置可以被预编程并存储在LED驱动器310内的或照明系统300内的存储器中。LED驱动器310将光设置转化成针对LED 320的驱动信号。

在一个实施例中，LED驱动器310包括以驱动电流的形式提供驱动信号的电流源。在这样的实施例中，LED 320可以如图4中所图示的那样被实施。如图4中所示出的，LED 320包括发射部分422和开关部分424。发射部分422以如下的方式被制造，所述方式是：使得LED芯片区域的n个部分能够部分地与其它部分隔离，产生示出为D1 、 D2 、…、 Dn的n个段，其中的每一个都被配置成响应于驱动电流发射光。如本文所使用的，n表示等于或大于2的任何整数。段D1 、 D2 、…、 Dn具有公共电极。在图4中，公共电极被示出为阳极426，但在其它实施例中以及对于对本领域的技术人员来说将是明显的针对电路的修改，公共电极可以为阴极。

开关部分424包括（ n-1 ）个开关，在图4中被示出为S2 、…、 Sn，其中开关S2 、…、 Sn中的每一个都被使用来接通或者断开发射部分422的对应段D2 、…、 Dn。因此，开关S2对应于段D2，开关S3对应于段D3等等。当图4中示出为Idrv的恒定驱动电流从LED驱动器310被提供并且被应用到公共电极426以及开关S2 、…、 Sn中的全部被闭合（即，对应电路被闭合，对应段被接通）时，通过所述段中的每一个的电流（图4中示出为I1 、 I2 、… In）使得所述段发光。来自每个发射段的光贡献的总和构成LED 320的亮度输出。

如本文所使用的那样，短语“恒定驱动信号”（其包括“恒定驱动电流”）被使用来反映这样的事实，即驱动信号不被调制来嵌入数据位。这不排除由脉冲构成的驱动信号，只要脉冲不被调制来嵌入数据信号，如现有技术中实现的那样。

因为由LED驱动器310所提供的总驱动电流保持恒定，所以如果开关S2 、… Sn中的一个变成打开（即，对应段D2 、… Dn被断开），则保持接通的段中的电流密度将增加。以标称操作电流（标称操作在这里指的是所有段接通）驱动LED 320时，在使至少一个其它的段断开之后通过某个段的电流密度的增加由于下垂效应而产生发射段的光输出性能的降级。该效应在图5中用曲线510图示，其中，x轴被使用来示出驱动电流的值（以mA为单位），y轴被使用来示出与使用约1mm²的有源区的商业LED装置相对应的电光转换效率（wall-plug efficiency）的值（以%为单位）。曲线510的右侧清楚地表明电流的增加导致了降低的效率。

因此，在标称操作下，由于下垂效应，当段D2 、… Dn中的一个被断开时，由LED 320所产生的光输出325将随着通过其它段的电流密度的增加而减少。为了利用这个效应，如图3和4中所示，LED 320进一步包括控制器340。控制器340被配置成从数据源330接收数据信号335。信号335（至少）包括要被嵌入到LED 320的光输出325中的数据位。在本描述中，符号被称为位。然而，应该认识到，本申请中不论何时使用词“位”，“符号”的更广泛的定义适用于其中，所述符号还可以包括由单个符号表示的多个位。例如多级符号，其中不仅0和1存在是为了嵌入数据，而且多个离散级别被定义来表示数据。

控制器340被配置成响应于信号335使段D2 、… Dn接通或者断开，以便将信号335的数据位嵌入到光输出325中。与不同段中的每一个相对应的发射区域的数量定义了光输出调制的强度级别。可以被接通或者断开的段的数目定义了调制级别的数目。例如，对于两个级别调制（即要被嵌入的每个位是“1”或“0”）来说，仅LED 320内的两个段（一直接通的一个段和能够被接通或者断开的另一个段）需要嵌入数据位。参考图4，这样的实施例对应于仅包括两个发射段D1和D2的发射部分422。继续这个例子，考虑将LED 320的光输出减少10%能够在检测侧作为二进制值“0”被解决。在这样的示范性的实施例中，段D2的尺寸可以被做成发射部分422的总区域的约10%并且嵌入来自信号335的二进制值“0”，控制器340将使段D2断开（即，打开对应开关S2）。

本领域的技术人员将会认识到用于依赖于信号335使段接通和断开以便将数据嵌入照明系统的光输出中的其它方法。例如，光输出的多级别调制能够通过采用并且开关比两个更大的数目的段而被实施。级别的数目越大，位速率能够变得越高。因此，在另一实施例中，发射部分422包括段D1 … Dn。实际中，n是在3与10之间的整数，更优选地是在5与8之间的整数，诸如6或7。使用开关S2 … Sn来开关段D2 … Dn使得能在LED 320的光输出325中实施具有多个离散级别的数据。在实施例中，段D2 … Dn的相对尺寸A2 … An 是全部相等的。在另一实施例中，相对尺寸A2 … An以预定义的关系彼此相关，使得它们连续增加/减少。例如，An-1=2xAn，使得A2=2xA3=2x(2xA4)=2x(2x(2xA5))等。在另一实施例中，段D2 … Dn被设计使得它们的标称操作电流密度类似地彼此相关，如上面针对尺寸所描述的。

除了在其中控制器340使段中的一些接通和断开以便嵌入数据信号335的数据符号的模式（其被称为“传输模式”）下的操作之外，当开关S2-Sn保持在接通状态时，LED 320还能够在DC模式下如任何其它常规LED装置那样操作。即，如果开关S2 、… Sn的导通电阻远低于段的动态电阻，通过段D1 、 D2 、… Dn的电流将均匀地流动。

此外，在其它实施例中，LED驱动器310可以包括电压源，其以驱动电压的形式提供驱动信号。本领域的技术人员将容易认识到在上文中提供的讨论内容能够如何被修改来适应电压源LED驱动器。

本发明的一个优点是由LED驱动器提供给LED的驱动信号不需要被调制来嵌入数据符号，因为数据符号经由对LED的单独的段进行开关而被嵌入。因此，常规LED驱动器可以被采用，消除了对于包括能够调制驱动信号的复杂且昂贵的电子设备的需要。

虽然前文针对本发明的实施例，但是在不背离本发明的基本范围的情况下，本发明的其它和进一步的实施例可以被设计出。例如，本发明的诸方面可以以硬件或软件来实施，或者以硬件和软件的组合来实施。因此，本发明的范围由如下权利要求来确定。

Claims

1.一种照明装置，其用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到所述照明装置的亮度输出中，所述装置包括：

发光二极管，其至少包括第一段和第二段，其中所述第一段和所述第二段具有公共电极并且是可单独控制的，而且所述发光二极管被配置成响应于驱动信号生成所述亮度输出；以及

控制器，其被配置用于：在恒定驱动信号被供应给所述公共电极时，响应于所述数据信号使所述第二段接通或者断开以便嵌入所述数据信号的所述一个或多个数据符号。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，调制深度与所述第一段和/或所述第二段的尺寸成比例。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，调制深度与通过所述第一段和/或所述第二段的电流密度成比例。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的照明装置，其中，所述公共电极包括阴极。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的照明装置，其中，所述公共电极包括阳极。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的照明装置，其中，所述发光二极管包括薄膜倒装芯片装置。

7.一种照明系统，其包括根据权利要求1-6中任一项的一个或多个照明装置。

8.一种用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到发光二极管的亮度输出中的方法，所述方法包括：

将驱动信号提供给至少包括第一段和第二段的所述发光二极管，其中，所述第一段和所述第二段具有公共电极并且是可单独控制的，而且所述发光二极管被配置成响应于驱动信号生成所述亮度输出；以及

在恒定驱动信号被供应给所述公共电极时，响应于所述数据信号使所述第二段接通或者断开以便嵌入所述数据信号的所述一个或多个数据符号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，调制深度与所述第一段和/或所述第二段的尺寸成比例。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，调制深度与通过所述第一段和/或所述第二段的电流密度成比例。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，所述公共电极包括阴极。

12.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，所述公共电极包括阳极。

13.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中，所述发光二极管包括薄膜倒装芯片装置。