CN104412384B - 照明设备、具有照明设备的照明装置和用于运行照明设备的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种照明设备，其包括多个设置用于产生辐射的器件(2)，多个行线(Z1，Z2)和多个列线(S1，S2，……，S5)，其中器件分别与行线并且与列线导电连接，并且照明设备设置用于同时运行至少两个器件。此外，提出一种具有这种照明设备的照明装置和一种用于运行照明设备的方法。

Description

照明设备、具有照明设备的照明装置和用于运行照明设备的 方法
技术领域
本发明涉及一种照明设备、一种具有照明设备的照明装置和一种用于运行照明设备的方法。
背景技术
在例如为用于作为前照灯应用的LED模块的照明设备中通常应用多个LED芯片，所述LED芯片必须在运行时单独地或成组地控制。对此，能够为每个LED设有用于外部接触的两个馈电线。然而这需要多个馈电线，由此能够提高各个LED之间所需的间距。
发明内容
本发明的目的是：提出一种照明设备，其中各个器件能够在紧凑的且低成本的设计方案中单独地接触。此外，应当提出一种方法，借助所述方法能够有效地控制照明设备。
根据照明设备的至少一个实施方式，所述照明设备具有多个设置用于产生辐射的器件。器件能够设置用于产生不相干的、部分相干的或相干的辐射。特别地，器件能够构成为发光二极管(LED)。器件能够构成为未封装的半导体芯片或构成为在壳体中设置有半导体芯片的器件。
根据照明设备的至少一个实施方式，照明设备具有多个行线和多个列线。器件分别与行线并且与列线导电连接。优选地，器件矩阵状地设置，其中行线分别与矩阵的一个行相关联并且列线分别与矩阵的一个列相关联。但是行线和列线的交叉点也能够与一组器件相关联。在该情况下，属于一组的器件分别只能一起进行控制。术语“交叉点”在本文中不表示：行线和列线必须在交叉点处重叠。更确切地说，术语交叉点限定：哪个行线和哪个列线与相应的器件或相应的器件组相关联。
行线和列线优选分别与器件的相同的极导电连接。例如，行线能够分别与阳极并且列线分别与阴极导电连接或者反之亦然。优选地，行线的数量小于列线的数量。
根据照明设备的至少一个实施方式，照明设备具有两个和五个之间的行线，其中包括边界值。特别地，照明设备具有刚好两个行线。
根据照明设备的至少一个实施方式，照明设备具有两个和八个之间的列线，其中包括边界值。特别地，照明设备能够具有四个和六个之间的列线，其中包括边界值。
根据照明设备的至少一个实施方式，所述照明设备设置用于同时运行至少两个器件。特别地，同时运行与彼此不同的列线和彼此不同的行线相关联的至少两个器件。优选地，同时运行照明设备的至少10％的器件。
根据照明设备的至少一个实施方式，将ESD(静电放电)保护元件与至少一个器件相关联。ESD保护元件设置用于，在器件处由于静电充电而施加的电压能够流出，所述电压在放电的情况下会导致器件损坏。优选地，将ESD保护元件与每个器件相关联。
在一个设计方案中，ESD保护元件与每个器件并联连接。在该情况下，ESD保护元件的数量对应于器件的数量。
在一个替选的设计方案中，与行线导电连接的器件和/或与列线导电连接的器件分别与共同的ESD保护元件相关联。因此，分别为每个列线或每个行线设有ESD保护元件。
ESD保护元件能够构成为单向截止元件，例如构成为ESD二极管。替选地，ESD保护元件能够构成为具有击穿特性的双向截止的。例如，ESD保护元件能够构成为变阻器、晶闸管或者构成为具有两个带有彼此相反的导通方向的串联的二极管的二极管装置。也能够应用有源的ESD保护元件、例如所谓的“门电路二极管”。
根据至少一个实施方式，照明设备具有载体，在所述载体上设置有行线、列线和器件。载体例如能够包含陶瓷或者由陶瓷制成。也能够将电路板用于载体。一个或多个ESD保护元件能够设置在载体上。替选地，一个或多个ESD保护元件能够设置在附加地为载体设置的电路板上。
根据至少一个实施方式，照明设备构成用于前照灯，尤其用于机动车的前照灯。特别地，照明设备能够构成用于自适应的前照明系统(adaptive front-lighting system，AFS)。对于AFS尤其适合的是具有刚好两个行线的照明设备。
根据至少一个实施方式，照明装置具有这种照明设备和控制电路。借助于控制电路，所述行线的工作电势能够分别在至少两个状态之间变化并且列线分别与电流驱动器导电连接。因此，能够为列线分别彼此独立地调节电流。显然，术语“列线”和“行线”在下述范围内能够交换：即电流驱动器也能够与行线连接并且列线的工作电势能够分别在至少两个状态之间变化。
根据照明装置的至少一个实施方式，能够以三个电势状态运行列线。因此，除了具有高电势(“高”)的状态和具有低电势(“低”)的状态之外，列线也能够以中间电压运行，所述中间电压位于前面提到的电压值之间。
根据照明装置的至少一个实施方式，行线的一个状态是高电阻状态。这种状态也能够通过所谓的三态结构提供。
能够以三个电势状态运行列线并且以高电阻状态运行行线的照明装置尤其适合于下述照明设备，在所述照明设备中，各个器件分别与单向截止的ESD保护元件并联连接。
在用于运行根据至少一个实施方式的照明设备的方法中，照明设备具有多个设置用于产生辐射的器件、多个行线和多个列线，其中器件分别与行线和与列线导电连接。
根据方法的至少一个实施方式，为行线的工作电势相应地设定至少两个状态中的一个状态。
根据方法的至少一个实施方式，分别借助于电流驱动器调节列线的供电。列线因此借助于相应地关联的电流驱动器彼此独立地进行通电。各个电流驱动器分别能够构成为共同的电流源的输出端或构成为彼此分开的电流源。
根据方法的至少一个实施方式，设置用于产生辐射的器件通过设定相关联的行线的激活状态来预选。这就是说，在相应的时间点，与具有非激活状态的行线相关联的全部器件不发射辐射。术语“预选”在此不表示设定行线和列线的状态的时间顺序。与激活的行线相关联的器件中的激活其相关联的列线的器件在所提出的时间点发射辐射。在最简单的情况下，通过设定相关联的行线的“高”状态结合在相关联的列线上的“低”状态来激活器件并且反之亦然。“高”状态和“低”状态之间的电压差在数值上适当地至少与所控制的器件的标称工作电压一样高。
根据方法的至少一个实施方式，由电流驱动器提供的电流强度与处于激活状态的行线的数量相关地设定。处于激活状态的行线的数量越高，在对与电流驱动器相关联的列线通电时彼此电并联连接的器件的数量就越大。在N个数量的激活的行线的情况下，电流强度优选为单独器件的标称电流的n倍。
根据方法的至少一个实施方式，行线以100％的占空比(duty cycle)来运行。这就是说，连续地激活已经激活的行线并且分别连续地对设置用于产生辐射的器件通电。分别仅禁用整个行和/或整个列。
根据方法的至少一个实施方式，至少两个行线交替地以低于100％的占空比运行，使得禁用至少一个器件并且同时激活属于该禁用的器件的列中的至少一个另外的器件和属于该禁用的器件的行中的另一器件。因此，借助于调节占空比能够禁用各个器件，而不必禁用与该器件相关联的整个列或相关联的整个行。优选地，占空比为100％除以行线的数量。在两个行线的情况下，占空比因此为50％。
为了补偿由于降低的占空比而更小的总放射辐射能量，能够提高电流强度，尤其根据占空比的倒数。在占空比为50％的情况下，电流强度例如能够为200％。因此，器件的时间上平均放射的辐射功率能够对应于器件在以100％占空比运行时的辐射功率。
根据方法的至少一个实施方式，分别将具有关于导通方向单向的截止特性的ESD保护元件与器件反并联连接。以激活状态运一个行线。优选以高电阻状态运行另一行线。还优选以激活状态运一个列线并且以中间电压运行另一列线，所述中间电压位于行线的激活状态的电压和列线的激活状态的电压之间，使得禁用与激活的行线连接且与具有所述中间电压的列线连接的器件。以该方式也能够在分别将具有单向截止特性的ESD保护元件与器件相关联的照明设备中进行电接触。
要向外引导的连接线路的数量在上述照明设备中在n行和m列的情况下为n+m，而在器件单独接触情况下总共需要2*n*m条线路。
上述照明设备和照明装置尤其适合于该方法。因此，结合照明装置和照明设备描述的特征也能够考虑用于方法并且反之亦然。
附图说明
从实施例接合附图的下面的描述中得出另外的特征、设计方案和有利方案。
附图示出：
图1示出照明设备的实施例的示意图；
图2A至2E分别在图2A或2E中示出用于根据第一实施例和第二实施例的照明装置的电路图和在图2B至2D中示出照明装置的不同的运行模式；
图3A至3D在图3A中示出用于根据第三实施例的照明装置的电路图和在图3B至3D中示出照明装置的不同的运行模式；和
图4示出根据第四实施例的照明装置的电路图。
具体实施方式
相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。
附图中示出的元件彼此间的大小关系和附图不能够视为是合乎比例的。更确切地说，为了更好的理解和/或为了更好的可视性而能够夸大地示出个别元件。
在图1中示意地示出照明设备1的实施例的俯视图。照明设备具有多个矩阵状地设置在载体5上的光电子器件2。载体例如能够是陶瓷载体或电路板、尤其是金属芯电路板。
照明设备1的行和列分别与行线Z1、Z2或列线S1、S2、S3、S4相关联。
在该实施例中，照明设备具有两个行和四个列。然而，显然，照明设备也能够具有多于两个行和相应地更多的行线，例如具有两个和五个之间的行线，其中包括边界值。此外，照明设备1也能够具有与四个不同的列数量，例如两个和八个之间的列线，其中包括边界值。
对于例如用于机动车的前照灯而言，尤其具有刚好两个列线的设置方式适合于照明设备。借助于这两个列线的可单独控制性能够简化地实现作为自适应的前照灯系统的远光灯和近光灯的功能。
行线Z1、Z2和列线S1至S4构成为交叉的连续的印制导线。在印制导线之间不存在直接的电连接。例如，在行线的印制导线和列线的印制导线之间能够构成绝缘层(未明确示出)。
行线和列线不必一定交叉。例如也能够考虑的是，仅连续地构成行线或仅连续地构成列线并且经由如接合线的连接线路将不连续的行线或列线彼此连接。
行线Z1、Z2和列线S1至S4的交叉点分别与刚好一个器件2相关联。与此不同的是，但是也能够将具有多个器件的组与至少一个交叉点相关联。一组的器件于是仅能够共同地被控制。
器件2构成为未封装的LED半导体芯片。相邻器件的半导体芯片之间的间距因此能够被最小化。由此简化照明设备1的尤其紧凑的设计方案。器件优选构成为LED。也能够应用超级发光二极管。也能够考虑相干的辐射源、例如激光二极管的应用。
器件2的半导体芯片分别具有关于照明设备1的主放射方向在后侧的接触部，所述接触部与行线Z1、Z2导电连接，例如经由焊料层或能导电的粘贴层导电连接。经由连接线路3、例如接合线在半导体芯片2的上侧接触部和所属的列线之间进行与所属的列线S1至S4的导电连接。连接线路在所示出的实施例中延伸穿过开口35至相应的列线。
但是关于接触部的设置方式也能够应用其他的半导体芯片几何结构。例如，半导体芯片能够经由两个前侧的接触部借助于两个连接线路导电连接。半导体芯片的后侧在该情况下能够与行线和列线电绝缘。也能够应用以所谓的倒装芯片几何结构的半导体芯片。在该情况下也能够弃用连接线路。
此外，器件2在俯视图中不必强制性地与行线Z1、Z2交叠。例如，器件能够横向地与行线间隔开地设置并且经由连接线路与行线导电连接。显然，器件2也能够设置在列线S1至S4上。
光电子器件2的半导体芯片优选具有III-V族化合物半导体材料。III-V族化合物半导体材料尤其适合于在紫外的(AlxInyGa1-x-yN)经由可见的(AlxInyGa1-x-yN，尤其对于蓝色至绿色辐射，或者AlxInyGa1-x-yP，尤其对于黄色至红色辐射)至红外的(AlxInyGa1-x-yAs)光谱范围中产生辐射。在此分别适用的是0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，其中尤其x≠1、y≠1、x≠0和/或y≠0。尤其出自所提到的材料体系的III-V族化合物半导体材料还能够在产生辐射时实现高的内部的量子效率。
代替未封装的半导体芯片，也能够为器件2应用下述结构形式，其中设置用于产生辐射的半导体芯片设置在壳体中。这种器件虽然在载体上需要更多空间，但是特征例如能够在于更高的机械鲁棒性。
具有照明设备1和控制电流10的照明装置11的电路在图2A中示出。照明设备尤其能够如结合图1描述的那样构成。在该实施例中，十个器件矩阵状地设置并且与两个行线Z1、Z2和五个列线S1至S5导电连接。行线分别与器件2的阳极导电连接并且列线与器件2的阴极导电连接。照明设备1因此总共具有到控制线路10的七个连接端子。
分别将单独的电流驱动器I1至I5与列线S1至S5相关联。为了降低平均的辐射功率，在全部实施例中能够应用脉宽调制，借助所述脉宽调制能够对器件2调光。
照明装置在运行中不同的运行模式在图2B至2D的表格中示出。在此，分别示出行线Z1、Z2和列线S1至S5的状态并且示出从中得出的照明图案。表格中的“x”分别表示处于发射辐射的状态下的器件。
在图2B中示出的配置中，行线Z1处于高(H)状态并且行线Z2处于低(L)状态。在该配置中，禁用与行线Z2相关联的全部器件。在与行线Z1相关联的器件中处于低状态下的器件发射辐射，即与列线S1和S3至S5相关联的器件发射辐射。如示例地根据列线S2示出：因此能够通过关联列线的高状态禁用被激活的行线、在此为行线Z1的单独的器件。显然，能够通过适当地设定状态也能够禁用与行线Z1相关联的器件中的另外的器件或多于一个器件。
在图2C中示出的配置中，与此不同的是，两个行线Z1和Z2处于高状态。因此，除了与列线S2相关联的器件之外的全部器件发射辐射。为了转换图2B和2C中示出的状态，各个行线Z1和Z2进而照明设备1的全部器件2以100％的占空比运行。全部激活的器件因此同时发射辐射。
在图2C中示出的配置中，分别将两个器件2与分别与列线S1至S5相关联的电流驱动器I1至I5相关联，所述两个器件彼此电并联连接。为了对器件通电，电流驱动器I1至I5优选分别提供关于器件2的标称的工作电流的两倍的标称工作电流。在多于两个行线的情况下，由电流驱动器提供的工作电流相应地与激活的行线的数量n相乘。
图2D示出下述运行模式，其中与图2B和2C中示出的运行模式不同地，禁用单独的器件2，而不必禁用全部所属的行或全部所属的列。为此行线Z1和Z2交替地分别以50％的占空比激活。分别将低状态与列线S1和S3至S5相关联，使得与所述列线相关联的器件分别以50％的占空比发射辐射。而在激活行线Z1的时间期间，将列线S2置于高状态下，使得与行线Z1和列线S2相关联的器件不发射辐射。在激活行线Z2的时间期间，将列线S2置于低状态，使得与行线Z2和列线S2相关联的器件发射辐射。由于相对于图2B中示出的状态下降的占空比而降低所放射的光能能够通过加倍工作电流来补偿，使得各个激活的器件2也在图2D中示出的运行模式中时间上平均地以相同的或至少基本上相同的辐射功率发射。尽管在器件单独接触的情况下照明设备到控制电路10具有仅2+5＝7个连接端子而不是2×10＝20个连接端子，然而器件2能够全部单独地并且彼此独立地被激活和禁用，而不会由此降低平均的输出功率。这种照明设备或者用于运行照明设备的这种方法因此尤其适合于前照灯中的应用，尤其是自适应的前照灯系统。
代替图2A中示出的照明装置的设计方案，根据第二实施例的照明装置也是适合的，照明装置的电路在图2E中示出。与图2A示出的实施例不同，分别将ESD保护元件4与器件2相关联，其中ESD保护元件以沿两个方向截止的方式构成为具有击穿特性。例如，ESD保护元件构成为变阻器、晶闸管或者构成为具有导通方向彼此相反的两个串联的二极管的二极管电路。也能够应用如“门电路二极管”的有源的ESD保护元件。
借助于ESD保护元件4，能够保护每个单独的器件2防止由于静电放电引起的损坏。这种照明装置的特征在于尤其高的鲁棒性和与此关联的失效风险的降低。ESD保护元件4能够设置在与光电子器件2相同的载体5上。此外，ESD保护元件也能够集成到器件2中，尤其是集成在半导体芯片中。但是替选地，ESD保护元件4也能够设置在附加地为载体5设置的电路板上。
通过应用双向截止的ESD保护元件，能够集成用于器件的ESD保护装置，而不必为此修改控制电路10。
与此不同的是，在图3A中示出用于照明装置的第三实施例的电路，其中ESD保护元件4分别构成为双向截止的器件、尤其构成为ESD二极管。ESD保护二极管的导通方向与所属的器件2的导通方向反并联地定向。
照明设备的不同的运行模式根据图3B至3D的表格示出，其中激活的器件2的图案对应于根据图2B至2D的表格。
与图2A至2E的描述不同，行线Z1、Z2的状态能够在高状态和高电阻状态(Z状态)之间切换。这种状态例如能够通过上述三态电路来提供。行线和列线的在图3B中记录的状态对应于图3A中示出的视图，其中数值+3.3V示出高状态并且0V电压示出低状态。+1.9V的中间电压M与所述列线S2相关联。因此，该电压位于高状态和低状态之间。因此，中间电压M选择成，使得与行线Z1和列线S2相关联的器件2在产生电压差(在实施例中为3.3V-1.9V＝1.4V)的情况下不发射辐射。由此，能够禁用所述器件。
在与高电阻状态Z相关联的行线Z2上设定1.9V-0.7V＝1.2V的电势，因为与行Z2和列S2相关联的器件2反并联连接的保护二极管4对于所施加的中间电压M而言沿导通方向定向。然而，所得出的1.2V的电压不引起与行线Z2相关联的器件2的辐射发射。
如在图3C中示例地针对列S2示出的，整个列的禁用能够通过下述方式实现：将中间电压M与所述列线相关联。
当对于属于要禁用的器件的列线而言在激活期间将所属的行线与M状态相关联时，唯一的器件2的禁用能够如图3D中示出的那样通过以相应降低的占空比(即对于两个行线50％)激活行线Z1、Z2来实现。因此，借助所描述的控制方法，对于具有单向截止特性的ESD保护元件与每个光电子器件2相关联的照明设备而言也能够单独地控制每个器件2。尽管这种运行需要控制具有高电阻状态的行线和用于列线的适当的中间电压，由此提高控制电路10的复杂性。然而以这种方式执行的控制仍能够是适宜的，因为其对于可能出现的泄漏电流、例如到LED中的泄漏电流是容错的。
照明装置的在图4中示出的第五实施例的电路基本上对应于结合图2E描述的实施例。与此不同的是，不是每个器件2都单独地与ESD保护元件相关联，而是每个行线Z1、Z2和每个列线S1至S5分别设有ESD保护元件4。
相对于ESD保护元件单独地与每个器件2相关联的设计方案，能够降低所需要的保护元件的数量。在该实施例中，齐纳二极管或具有关于其导通方向相反定向的两个串联的二极管、晶闸管或变阻器的二极管装置适合于ESD元件。
本申请要求德国专利申请10 2012 105 630.7的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在本文中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在本文中或实施例中说明时也如此。

Claims (10)

1.一种照明装置，所述照明装置具有照明设备，所述照明设备包括多个设置用于产生辐射的器件(2)、多个行线(Z1，Z2)和多个列线(S1，S2，……，S5)，并且所述照明装置具有控制电路(10)，其中所述行线的工作电势能够分别在至少两个状态之间变化，并且其中所述列线分别与电流驱动器连接，其中，
-所述照明设备构成用于前照灯，并且所述器件分别与所述行线并且与所述列线导电连接并且所述照明设备设置用于同时运行至少两个器件；
-所述列线能够以三种电势状态运行并且所述行线的一个状态是高电阻状态，其中所述高电阻状态通过三态电路提供。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中ESD保护元件(4)与至少一个器件相关联。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中与行线导电连接的所述器件和/或与列线导电连接的所述器件分别与共同的ESD保护元件(4)相关联。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中ESD保护元件(4)与每个器件并联连接。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的照明装置，其中所述照明设备具有两个和八个之间的行线和两个和八个之间的列线，其中包括边界值。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的照明装置，其中所述照明设备具有刚好两个行线。
7.一种用于运行照明设备的方法，所述照明设备具有多个设置用于产生辐射的器件(2)、多个行线(Z1，Z2)和多个列线(S1，S2，……，S5)，其中所述照明设备构成用于前照灯，并且所述器件分别与行线并且与列线导电连接，其中为所述行线的工作电势分别设定至少两个状态中的一个状态，并且分别借助于电流驱动器(I1，I2，……，I5)调节所述列线的供电，并且其中，至少两个行线交替地以低于100％的占空比来运行，使得禁用至少一个器件，并且不禁用相关联的整个列或相关联的整个行，并且提高电流强度，以便补偿由于降低的占空比而减小所发射的辐射能量，其中所述电流强度对应于占空比的倒数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中设置用于产生辐射的器件通过设定用于相关联的所述行线的激活状态来预选并且通过激活相关联的所述列线的所述电流驱动器来运行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中根据处于激活状态的行线的数量来调节由所述电流驱动器提供的电流强度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中
-分别将具有关于导通方向单向的截止特性的ESD保护元件(4)与所述器件反并联连接，
-以激活状态运行一个行线，
-以高电阻状态运行另一行线，
-以激活状态运行一个列线，
-并且以中间电压(M)运行另一列线，所述中间电压位于所述行线的激活状态的电压和所述列线的激活状态电压之间，使得禁用与激活的所述行线连接并与具有所述中间电压的所述列线连接的所述器件。
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