CN108476567A

CN108476567A - 发光二极管组件以及用于使发光二极管组件的发光二极管减光的以及方法

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Publication number: CN108476567A
Application number: CN201680075374.7A
Authority: CN
Inventors: D·耐特菲尔德
Original assignee: Heila GmbH and Co KG
Current assignee: Heila GmbH and Co KG
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2036-12-06
Also published as: US10555391B2; DE102015122665A1; CN108476567B; US20180310377A1; WO2017108393A1

Abstract

本发明涉及发光二极管组件，至少具有发光二极管(1)，控制设备(4)，所述控制设备设计用于借助脉冲宽度调制使至少一个发光二极管(1)减光，其中，所述脉冲宽度调制的特征在于节拍(T)和一个节拍期间的脉冲持续时间(τ)，其中，控制设备(4)设计用于，以包括至少两个节拍的程序包(P)操控所述至少一个发光二极管(1)，其中控制设备(4)选择性地设计用于，以第一运行方式(B_1，p)和至少一个第二运行方式(B21p)操控所述至少一个发光二极管(1)，其中，所述至少一个发光二极管(1)在第一运行方式中被以所述程序包(P)内的相同的脉冲持续时间(T)操控并且在第二运行方式中被以所述程序包(P)内的至少一个不同的脉冲持续时间操控，以及用于使发光二极管组件的发光二极管减光的方法，具有包括控制设备(4)的至少一个发光二极管，所述控制设备设计用于借助脉冲宽度调制使所说至少一个发光二极管(1)减光，其中，脉冲宽度调制的特征在于节拍(T)和一个节拍期间的脉冲持续时间(T，其特征在于，所述方法具有下列的方法步骤：由至少两个节拍形成程序包并且以第一运行方式或第二运行方式操控所述至少一个发光二极管，所述第一运行方式的特征在于，所述至少一个发光二极管被以在程序包(P)内的相同的脉冲持续时间(τ)操控，所述第二运行方式的特征在于，所述至少一个发光二极管被以在程序包(P)内的至少一个不同的脉冲持续时间操控。

Description

发光二极管组件以及用于使发光二极管组件的发光二极管减光的以及方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的发光二极管组件以及一种按照权利要求7所述的用于使发光二极管组件的发光二极管减光的方法。

背景技术

发光二极管(LED)的亮度可以借助脉冲宽度调制(PWM)来调节。基本上发光二极管的电流借助脉冲宽度调制(PWM)周期性地接通和断开。在这里占空比(接通相对断开的时间份额)改变，而电流强度和脉冲频率恒定。

这种可减光的发光二极管现今在许多领域中用于照明目的，例如应用在PWM减光的LED行车时间表、LED汽车尾灯、LED日间行车灯，但也应用在所谓的矩阵系统中，所述矩阵系统用作机动车中的主前照灯并且例如包括100×100个LED或甚至1000×1000个LED。在最后提到的矩阵系统中例如使一些LED减光，这是因为否则可能出现眩目作用。因此例如可以使如下的LED减光，这些LED的光指向强烈反射的路标上。最终使由矩阵系统发射的光可以与需照亮的区域动态适配。

如果使用PWM方法用于使相应的发光二极管减光，则可能出现所谓的珠线效果。

“作为珠线效果表示光学的错觉，其由向着脉冲运行的光源的或离开该光源的迅速的眼球运动造成。基于在眼睛中的受体的惯性，这导致光源、例如PWM减光的发光二极管行车时间表或发光二极管汽车尾灯的多重的出现。按照脉冲频率所述效果也会在如下情况出现，即，在直接观察时不能察觉到闪烁，这会导致恼怒”(来源：www.emk.tu-darmstadt.de)。

此外出于这个原因，LED以高频率(PWM频率)切换，使人的眼睛没有察觉闪烁。通常250Hz或更高是可接受的值。

上述的矩阵系统经常借助视频接口操控。标准例如是RGB接口。从例如RGB666和每个发光二极管6比特的减光信息出发，产生64个减光级(2⁶)。在250Hz的PWM频率中，产生的节拍对应4ms。在64减光级时，产生4ms/64＝62.5μs的分辨率。当例如应该应用50％的减光时，产生2ms的用于发光二极管的接通时间和2ms的断开时间。在64级的分辨率中，高一级的可能减光为2.0625ms/4ms＝51.5％。这对应于1.5％的增量，这对于许多应用来说过高。在多个不同光亮的LED的情况中产生例如显著可见的网板。许多OEM因此要求<1％的分辨率。

发明内容

在这里形成本发明并且其目的是：提出一种改善的发光二极管组件，尤其是提出一种发光二极管组件，其一方面避免珠线效果或只具有最小的珠线效果并且另一方面能够实现更精细的减光、尤其是<1％的步进(Schritte)。

按照本发明，所述目的通过具有权利要求1特征部分的特征的发光二极管组件解决。控制设备设计用于，以至少两个节拍的程序包操控至少一个发光二极管，其中，控制设备可选地设计用于，以第一运行方式和至少一个第二运行方式操控所述至少一个发光二极管，其中，所述至少一个发光二极管在第一运行方式中被以所述程序包内的相同的脉冲持续时间操控，并且在第二运行方式中被以所述程序包内的至少一个不同的脉冲持续时间操控，由此可以进行较精细的变光和/或避免珠线效果。可能的处理方法如下设计。

从在其它情况下恒定的250Hz的PWM频率和由此产生的4ms的节拍T出发，可能在4ms的第一节拍T₁中运用51.5％的亮度。这在分辨率为64减光级(2⁶)的情况下对应于(33/64)*4ms＝2.0625ms的脉冲持续时间或者说接通时间和相应的(31/64)*4ms＝1.9375ms的断开时间。在下三个节拍T₂至T₄中可以运用例如50％的亮度，也就是说相应2ms的接通时间和2ms的断开时间。在组合成一个程序包P的四个4ms的节拍中，对眼睛产生平均值(51.5％+3*50％)/4＝50.375％。与此对应可以在该第二运行方式中以具有不同脉冲持续时间的程序包实现0.375％的增量，亦即分辨率升高。

另一方面如果选择相应高的PWM频率，可以在程序包内没有设置不同脉冲持续时间的第一运行方式中有利地抑制珠线效果。

所提出的本发明的其它有利的设计尤其是由从属权利要求的特征得出。不同权利要求的主题或特征原则上可以任意相互组合。

在锁提出的本发明的一种有利的设计中可以设定：发光二极管组件具有多个发光二极管、尤其是100×100个或1000×1000个发光二极管，这些发光二极管组合为矩阵系统。这样设计的发光二极管组件可以是有利的，例如作为车辆的主前照灯使用。

在所提出的本发明的另一种有利的设计中可以设定：发光二极管组件设计用于照亮至少一个点，其中，发光二极管组件装备有检测设备，所述检测设备设计用于检测所述至少一个点关于检测设备的相对运动速度、尤其是角速度。通过这种措施可以进行与照亮情况的个体适配，其中，控制器相应地进行如下的操控，所述操控针对照亮的点的所检测的运动速度、尤其是角速度预定为最佳化。

在这种情况下可以优选设定：所述控制设备设计用于按照第一运行方式或第二运行方式根据运动速度、尤其是角速度操控所述至少一个发光二极管。在这里当照亮的点执行相对检测设备的非常快速的运动时，控制器例如经由第一运行方式进行所述至少一个发光二极管亦或发光二极管组的操控。静止的点与此相对例如得到在第二运行方式中的操控。

在提出的本发明的另一种有利的设计中可以设定：控制设备设计用于，对组合成程序包的节拍数量进行控制，尤其是根据运动速度、尤其是角速度。通过所述技术特征，能够实现控制设备在所述至少一个发光二极管的操控方面的进一步的干涉可能性。因此在这方面可以通过组合成程序包的节拍数量来调节产生的亮度调制，其中倾向是，在包括较少节拍的程序包中如下的可能性较大，即，由此产生的亮度调制是高频的，使得其不被人的眼睛察觉。

在提出的本发明的另一种有利的设计中可以设定：检测设备是照相机、雷达系统或激光系统。这样的系统提供大量的检测并且相应地为控制设备处理一个或多个点的运动的可能性。

本发明的另一个目的在于：提出一种用于使发光二极管组件的发光二极管减光的改善的方法，尤其是提出一种方法，其抑制珠线效果并且能够实现所述至少一个发光二极管的较精细的减光。按照本发明该目的通过按照权利要求7所述的方法得以实现。

提出的本发明的其它有利的设计尤其是由从属权利要求的特征得出。不同权利要求的主题或特征原则上可以任意相互组合。

附图说明

借助附图在下文进一步解释本发明。在此示出：

图1：在程序包中具有至少一个不同脉冲持续时间的周期持续时间的组合(第二运行方式)；

图2：在程序包中具有相同脉冲持续时间的周期持续时间的组合(第一运行方式)；

图3：按照本发明的包括发光二极管的发光二极管组件的示意图；

图4：按照本发明的包括发光二极管和检测设备的发光二极管组件的示意图(点静止)；

图4a：按照本发明的包括发光二极管和检测设备的发光二极管组件的示意图(点适度运动)；

图4b：按照本发明的包括发光二极管和检测设备的发光二极管组件的示意图(点快速运动)；

图5：矩阵系统形式的按照本发明的发光二极管组件，其中没有检测设备；

图6：按照本发明的包括多个发光二极管和一个检测设备的发光二极管组件的示意图(第一运动模式的点)；

图6a包括多个发光二极管和检测设备的按照本发明的发光二极管组件的示意图(以第二运动模式的点)。

附图标记列表

1 发光二极管(发光二极管)

2 第二发光二极管

3 第三发光二极管

4 控制设备

5 检测设备

6 点

7 点

8 点

P 程序包

τ 脉冲持续时间/接通时间

T 节拍/周期持续时间

f 频率

B_1,p 第一运行方式(p＝组合成程序包的节拍的数量)

B_2,p 第二运行方式(p＝组合成程序包的节拍的数量)

具体实施方式

按照本发明的发光二极管组件主要包括至少一个发光二极管1和控制设备4，所述控制设备设计用于借助脉冲宽度调制使所述至少一个发光二极管减光，其中，脉冲宽度调制基本上通过节拍T和所述节拍T内的脉冲持续时间τ确定。

按照本发明的发光二极管组件的出众之处在于：控制设备4设计用于，利用包括至少两个节拍T的程序包P操控所述至少一个发光二极管1，其中，在一个程序包P的节拍T内的脉冲持续时间τ相同(第一运行方式)或在一个程序包P内设置有至少一个不同的脉冲持续时间τ(第二运行方式)。

如已经表示的那样，由此基本上获得操控发光二极管的两个运行方式。出于简单性如果在一个程序包P的节拍T内的脉冲持续时间τ相同，那么应该在后续的解释中指的是第一运行方式，并且如果在一个程序包P内设置有至少一个不同的脉冲持续时间τ，那么指的是第二运行方式。

作为四个节拍的示例在图1和2中示出两个运行方式。

发光二极管组件可以具有多于一个发光二极管、例如多个发光二极管，这些发光二极管在所谓的矩阵系统中组合成100×100或1000×1000个LED。

控制设备此外可以设计用于，控制组合成程序包的节拍的数量。所述程序包原则上可以具有整数的多倍节拍、例如两个或四个节拍。

发光二极管组件此外可以设计用于照亮至少一个点6，其中，发光二极管组件装备有检测设备5，所述检测设备设计用于检测所述至少一个点6关于检测设备5的相对运动速度。

原则上可以将每个反射的物体看作点，所述物体反射由所述至少一个发光二极管发射的光。

在这种情况下，控制设备4可以设计用于评估这些运动信息，以便由此进行按照第一运行方式或第二运行方式对所述至少一个发光二极管1的操控和/或用于根据所述至少一个点6的运动速度来控制组合成程序包P的节拍T的数量。

由这些控制可能性获得大量的、在这里未穷举的可能性，这些可能性用于设计按照本发明的发光二极管组件或按照本发明提出的方法。

原则上脉冲宽度调制能够借助其脉冲持续时间τ和节拍T得以说明。也称为周期持续时间的节拍最终由PWM频率作为T＝1/f得出。

为了发光二极管的减光，也称为接通时间的脉冲持续时间τ改变。简单地说，在一个节拍内的脉冲持续时间τ越长，则越亮，或者说所述脉冲持续时间τ越短，则发光二极管越暗。

发光二极管组件、尤其是控制设备4经常从视频接口获得其例如RGB666格式的减光信息，因而减光信息以6比特的分辨率存在并且产生64减光级(2⁶)。

在用于发光二极管1的64减光级和用于脉冲宽度调制的250Hz的PWM频率的情况下得出4ms/64＝62.5μs的分辨率。如果例如应该运用50％的减光，则得出用于发光二极管1的2ms的接通时间和2ms的断开时间。在64级的分辨率的情况下，高一级的可能的减光为2.0625ms/4ms＝51.5％。这对应于1.5％的增量。

现在可以通过以第二运行方式操控所述至少一个发光二极管1实现较小的减光步进。

从在其它情况下恒定的250Hz的PWM频率和由此产生的4ms的节拍T出发，可以在4ms的第一节拍T₁中运用51.5％的亮度。这在64减光级(2⁶)的分辨率时对应(33/64)*4ms＝2.0625ms的脉冲持续时间或接通时间和相应的(31/64)*4ms＝1.9375ms的断开时间。在下三个节拍T₂至T₄中可以例如运用50％的亮度，也就是说相应的2ms的接通时间和2ms的断开时间。在组合成程序包P的四个4ms的节拍中，对眼睛产生平均值(51.5％+3*50％)/4＝50.375％。与此对应可以在第二运行方式中利用具有不同脉冲持续时间的程序包实现0.375％的增量，亦即分辨率升高。该方式也可以称为抖动。在该运行方式中可能不利的是，在该示例中产生62.5Hz的亮度调制，这是因为一个程序包P的长度为16ms并且该程序包P相应地重复所有16ms。

与开头所述示例结合来看，也能够产生在节拍中具有相同脉冲持续时间τ的程序包P。这在图2中借助四个节拍T₁至T₄示意性表示，这四个节拍组合成程序包P并且包含所有相同的脉冲持续时间。这最终对应于第一运行方式。

对于两个运行方式产生发光二极管组件的有利的特性。在第一运行方式中，减光的不怎么精细的分级是可能的，为此没有在程序包的周期中出现调制并且珠线效果对应于选择的节拍频率减小或不可察觉。

与此相对，第二运行方式开启用于减光的较精细的分级的可能性。然而不排除产生对于人眼来说可察觉的亮度调制。此外也可能不排除由此出现即使弱的珠线效果。

在包括较少节拍的程序包中的倾向是：下述可能性较大，即，由此产生的亮度调制是高频的，使得其由不人的眼睛察觉。当例如以250Hz的PWM频率工作时，包括两个节拍的程序包的重复频率为125Hz，反之包括四个节拍的程序包的重复频率为62.5Hz。后者也许可能由人眼察觉，反之125Hz的调制也许不被察觉。

图3示出包括发光二极管和控制设备的简单实施形式的发光二极管组件。通过附图标记B_1,p和B_2,p表示：发光二极管可以在第一运行方式和第二运行方式中被操控，以例如每个程序包相应地p＝2或4个节拍。

如已经在以上表示的那样，发光二极管组件除了发光二极管1和控制设备4还具有检测设备5。图4、4a和4b示出这样的发光二极管组件的示意图。

原则上，如果点不运动(图4)或只适度运动(图4a，v1)，那么所述至少一个发光二极管1应该被以第二运行方式(抖动)操控，并且如果所述点快速运动(v2)，其中在这里尤其应该考虑所述点关于检测设备的角速度ω1或ω2，那么所述至少一个发光二极管应该被以第一运行方式(图4b)操控。此外可以进行关于组合成程序包的节拍的相应操控，如果所述点不运动，那么例如四个节拍，并且如果所述点适度快速地运动，那么两个节拍。结果是得出关于分辨率、珠线效果和亮度调制的以上已经描述的优点。

以上描述的原理也可以转用到多于一个发光二极管、尤其是具有例如100×100或1000×1000个发光二极管的矩阵系统上。控制设备在这种情况中不只操控一个发光二极管、而是操控矩阵系统的每个发光二极管。

在发光二极管组件作为矩阵系统、然而没有检测设备的的实施形式中，可以考虑经常出现的照明情况，以便针对性并且有利地使用以上描述的运行方式。在此可以组合矩阵系统的发光二极管的确定的区域，例如发光二极管被以第一运行方式Β₁操控的区域、发光二极管被以第二运行方式以每个程序包的两个节拍B2,2操控的第二区域，以及发光二极管被以第二运行方式以每个程序包的四个节拍B2,4操控的第三区域。每个程序包具有的节拍数量当然只是示例性的值。控制设备在此可以特定地设计并且例如限定可以组合成程序包的节拍的最大数量。这样的发光体组件在图5中示意性示出。

以上描述的发光二极管设备能够在实例中有利地阐明。

从作为例如摩托车的主前照灯的矩阵系统出发，矩阵系统的边缘例如可以装备有LED，这些LED被以第一运行方式操控，也就是说形成第一区域Z₁。这些外侧的区域Z₁通常对路边进行照明，所述路边在摩托车行驶中非常迅速地在矩阵系统旁运动经过。在这里非常不希望可期待的调制效果和珠线效果，另一方面不需要减光的精细分级，因而这些LED可以被以第一运行方式操控。

与此相对，矩阵系统的中间区域照亮进一步远离的、但较少地至完全不相对运动的物体、例如道路中心等。就此而言，矩阵系统的中间区域例如可以被以第二运行方式B_2,4以每个程序包的最大数量的节拍操控，从而可以实现较精细的亮度分级。第二区域相应地通过中间区域形成。

在边缘和中间区域之间可以设置有第三区域的发光二极管，例如因为由这些发光二极管通常照亮适度运动的点。就此而言有利的是：在第二运行方式B_2,2中以每个程序包中的例如两个节拍对这些发光二极管进行操控，其中。

矩阵系统形式的之前描述的发光二极管组件同样可以装备有检测设备。发光二极管组件相应地照亮大量的点。检测设备可以相应地设计用于，检测由矩阵系统照亮的每个点的运动。这可以被改良，从而对每个发光二极管来说可以检测哪个点正好被照亮，借助点的运动控制设备对此设计用于，分别以适当的运行方式操控相应的发光二极管和/或关于组合成程序包的节拍的数量进行相应的调节。

为了绑定在具体的示例上，可以重新关联摩托车的主前照灯的示例。摩托车沿公路移动，第一发光二极管照亮路边的一个点、例如边缘限定桩。第二发光二极管照亮以横穿行驶接近的车辆并且第三发光二极管区域照亮具有一定距离的桥。检测设备检测这个场景并且以相应的运行方式并且以在程序包内的相应数量的节拍操控所述区域或者发光二极管。

如果场景更换，例如第一发光二极管照亮相对检测设备静止的点，则控制设备以第二运行方式(抖动)操控第一发光二极管等。

以上描述的示例从发光二极管和由此照亮的点的非常理想型的配置出发。原则上可以省去所述细节平面。但在实际中，也可以同样将矩阵系统的发光二极管组合成区域，所述区域对应照亮的点的运动由控制设备相应地操控。

关于在检测设备和点之间的相对运动应该在第一接近时基于角速度。直接驶向检测设备或发光二极管组件的点虽然具有相对检测设备的相对运动，但在珠线效果方面可忽略不计，这是因为没有横向运动发生。

Claims

1.发光二极管组件，至少具有

-发光二极管(1)，

-控制设备(4)，所述控制设备设计用于借助脉冲宽度调制使至少一个发光二极管(1)减光，其中，所述脉冲宽度调制的特征在于节拍(T)和一个节拍期间的脉冲持续时间(τ)，

其特征在于，

-控制设备(4)设计用于，以包括至少两个节拍的程序包(P)操控所述至少一个发光二极管(1)，其中

-控制设备(4)选择性地设计用于，以第一运行方式(B_1,p)和至少一个第二运行方式(B_2,p)操控所述至少一个发光二极管(1)，其中，所述至少一个发光二极管(1)在第一运行方式中被以所述程序包(P)内的相同的脉冲持续时间(τ)操控并且在第二运行方式中被以所述程序包(P)内的至少一个不同的脉冲持续时间操控。

2.按照权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，发光二极管组件具有多个发光二极管(6、7、8)、尤其是100×100或1000×1000个发光二极管，所述发光二极管组合为矩阵系统。

3.按照前述权利要求之至少一项所述的发光二极管组件，其特征在于，发光二极管组件设计用于照亮至少一个点(6)，其中，发光二极管组件装备有检测设备(5)，所述检测设备设计用于检测所述至少一个点(6)关于检测设备(5)的相对的运动速度、尤其是角速度(ω)。

4.按照前述权利要求之至少一项所述的发光二极管组件，其特征在于，所述控制设备设计用于在第一运行方式(B_1,p)或第二运行方式(B_2,p)中根据运动速度(v)、尤其是角速度(ω)操控所述至少一个发光二极管(1)。

5.按照前述权利要求之至少一项所述的发光二极管组件，其特征在于，控制设备设计用于控制组合成程序包(P)的节拍(T)的数量，尤其是根据运动速度(v)、尤其是角速度(ω)进行控制。

6.按照前述权利要求之至少一项所述的发光二极管组件，其特征在于，所述检测设备是照相机、雷达系统或激光系统。

7.用于使发光二极管组件的发光二极管减光的方法，所述发光二极管组件尤其是按照权利要求1至6之一所述的发光二极管组件，具有包括控制设备(4)的至少一个发光二极管，所述控制设备设计用于借助脉冲宽度调制使所述至少一个发光二极管(1)减光，其中，脉冲宽度调制的特征在于节拍(T)和一个节拍期间的脉冲持续时间(τ)，其特征在于，所述方法具有下列的方法步骤：

由至少两个节拍形成程序包并且以第一运行方式或第二运行方式操控所述至少一个发光二极管，所述第一运行方式的特征在于，所述至少一个发光二极管被以在程序包(P)内的相同的脉冲持续时间(τ)操控，所述第二运行方式的特征在于，所述至少一个发光二极管被以在程序包(P)内的至少一个不同的脉冲持续时间操控。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，组合成一个程序包(P)的节拍(T)的数量由控制设备控制。

9.按照前述权利要求之至少一项所述的方法，其特征在于，发光二极管组件具有多个发光二极管、尤其是100×100或1000×1000个发光二极管，所述发光二极管组合为矩阵系统，其中，每个发光二极管或发光二极管组个体地关于第一运行方式或第二运行方式由控制设备操控并且尤其是关于所述组合成一个程序包(P)的节拍(T)的数量由控制设备控制。

10.按照前述权利要求之至少一项所述的方法，其特征在于，发光二极管组件照亮至少一个点，其中，发光二极管组件装备有检测设备，所述检测设备检测所述至少一个点关于检测设备的相对的运动速度(v)、尤其是角速度(ω)。

11.按照前述权利要求之至少一项所述的方法，其特征在于，根据由检测设备检测的运动速度(v)、尤其是角速度(ω)控制所述运行方式和/或所述组合成一个程序包(P)的节拍(T)的数量。