CN108605396A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光装置、尤其是用于机动车的发光装置，该发光装置包括一个或多个多色LED单元(3)，所述多色LED单元分别具有可调整的颜色位置和可调整的亮度，其中，每个多色LED单元(3)是一个单独的半导体构件，该半导体构件包括多个不同颜色的单色LED(301、302、303、304)和一个微控制器(4)，其中，各单色LED(301、302、303、304)和微控制器(4)由所述半导体构件的壳体围绕。微控制器(4)设置用于，根据相应的多色LED单元(3)的当前温度值操控相应的多色LED单元(3)的每个单色LED(301、302、303、304)，使得经调整的颜色位置和经调整的亮度在相应的多色LED单元(3)的运行中保持恒定。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置、尤其是用于机动车的发光装置。
背景技术
从现有技术中已知，将多色LED单元用于机动车中的发光装置。这些LED单元包括多个单色LED并且通常用LED驱动器操控，以便改变亮度和颜色位置(亦即，混合色)。为此使用具有微处理器的模块，该微处理器一方面承担与机动车数据总线的通信，并且另一方面驱动LED单元，通常经由PWM输出端驱动LED单元。在此，通常将所谓的LIN总线(LIN＝LocalInterconnect Network本地互联网络)作为机动车数据总线使用。
此外，从现有技术已知具有集成电路的新型的多色LED单元。在这些LED单元中，各单色LED和集成电路被安置在一个共同的壳体中，由此可以实现高的包装密度。各个LED单元经由数据流控制。
迄今为止，在具有多色LED单元的发光装置中运行各个LED单元所需的参数化被存储在中央处理模块中。这具有如下缺点：各个L ED单元的局部不同的运行条件仅不充分地得到补偿，这可能导致发光装置的不统一的外观。
文献WO 2014/067830 A1公开了一种借助查找表来温度校正地控制LED的方法和装置。在此，在由多个LED通道组成的LED模块中为每个能通过该LED模块达到的目标颜色位置设置一个查找表，在该查找表中保存有针对每个LED通道的工作电流。从该文献中不能得出LED模块作为单独的半导体构件且该半导体构件具有包含在其中的温度校正的控制装置的实施方案。
发明内容
本发明的任务是，创造一种具有改进外观的包括至少一个多色LED单元的发光装置。
该任务通过按照权利要求1的发光装置解决。本发明的进一步改进方案在从属权利要求中定义。
按照本发明的发光装置优选地设置用于机动车、例如轿车(PKW)和必要时也用于载重汽车(LKW)。该发光装置包括一个或多个多色LED单元，所述多色LED单元分别具有可调整的颜色位置和可调整的亮度(亦即、光强度)。术语“颜色位置”对于专业人员是充分已知的，并且描述由相应多色LED单元产生的混合色。颜色位置例如可以作为在色图中的、尤其是在CIE标准色度系统(CIE-Normenvalenzsystem)的色图中的位置。
在按照本发明的发光装置中，每个多色LED单元是一个单独的半导体构件，该半导体构件包括多个且优选至少三个不同颜色的单色LED。单独的半导体构件还包括微控制器。所述单色LED和微控制器被该半导体构件的壳体包围，亦即所述单色LED和微控制器被安置在半导体构件的一个共同的壳体中。在按照本发明的发光装置中，微控制器设置用于，根据相应多色LED单元的当前(亦即正有的)温度值操控相应多色LED单元的每个单色LED，使得经调整的颜色位置和经调整的亮度在相应多色LED单元的运行中保持恒定。
按照本发明的发光装置具有如下优点：用于温度补偿的算法集成在微控制器中，该微控制器是多色LED单元的单独的半导体构件的组成部分。以这种方式，在考虑各个多色LED单元的局部温度的情况下可以单独地且高准确度地调整出所期望的亮度或所期望的颜色位置，由此实现发光装置的相同保持的外观。
在一种优选的变型方案中，相应多色LED单元的微控制器设置用于，基于对相应单色LED的工作电流的控制来操控每个单色LED，例如经由脉冲宽度调制来操控每个单色LED。
在一种特别优选的实施方式中，在至少一部分多色LED单元的半导体构件中集成有温度传感器，该温度传感器设置用于测量相应多色LED单元的当前温度值。由此，特别精确地确定多色LED单元的当前温度。
在另一种变型方案中，省去用于测量当前温度值的温度传感器。取而代之地，至少一部分多色LED单元的微控制器设置用于，基于相应多色LED单元的各单色LED的至少一部分工作电压和/或工作电流来确定温度值。
优选地，基于表或特性曲线实现上述对当前温度值的确定。与表不同，特性曲线描述多个变量之间的连续关系。为了实现这样的实施方式，在至少一部分多色LED单元的微控制器中针对相应多色LED单元的至少一部分单色LED的相应单色LED存储有特性曲线或表，其中，针对相应单色LED的工作电流的相应特性曲线或表是特定的。换句话说，存在针对不同的可调整的工作电流的多条特性曲线。相应特性曲线或表根据相应单色LED的工作电压列明温度。在此，微控制器设置用于，从针对在相应单色LED中被调整的当前工作电流的特性曲线或表中读取针对能用合适的传感器测量的当前工作电压的温度，并且基于所读取的温度来确定当前温度值。如果在此应该确定相应的多色LED单元的多个或全部单色LED的温度值，则例如可以将这些所读取的温度的平均值作为当前温度值使用。
在按照本发明的发光装置的一种进一步优选的变型方案中，至少一部分多色LED单元的微控制器设计为，使得该微控制器在当前温度值超过预定阈值的情况下降低相应多色LED单元(亦即该微控制器所属的多色LED单元)的亮度。由此确保多色LED单元由于过高的温度而损坏。优选地，在此可以规定如下关系：根据该关系，超过预定阈值越多，多色LED单元的亮度就降低得越多。必要时，多色LED单元的亮度也可以降低到零，亦即关断相应的多色LED单元。这例如可以通过高于预定阈值的第二阈值实现。如果当前温度应超过该第二阈值，则关掉多色LED单元。
在一种特别优选的实施方式中，按照本发明的发光装置包括与内部数据总线(亦即在发光装置内部的数据总线)连接的多个多色LED单元。该内部数据总线又与处理模块耦联，其中，该处理模块设置用于，将用于调整各个多色LED单元的亮度和颜色位置的内部控制命令发送到内部数据总线上。优选地，上述处理模块设置用于，从机动车数据总线接收外部控制命令并且将所述外部控制命令转换为上述的内部控制命令。
在刚描述的实施方式中，经由内部数据总线实现对各个多色LED单元的简单操控。内部数据总线例如可以是SPI数据总线(SPI＝Serial Protocol Interface串行协议接口)或必要时也可以是其他的数据总线、例如差分数据总线，该差分数据总线经由两条线路之间的电压差来编码数字数据。上述的机动车数据总线例如可以是LIN总线(LIN＝LocalInterconnect Network本地互联网络)或也可以是CAN总线(CAN＝Controller AreaNetwork控制器区域网络)。
在一种进一步优选的实施方式中，至少一部分多色LED单元包括一个或多个RGBLED单元和/或RGBW LED单元。RGB LED单元以本身已知的方式包括红色的、绿色的和蓝色的单色LED，而RGBW LED单元除了红色的、绿色的和蓝色的LED之外还包括白光LED。
在一种特别优选的实施方式中，发光装置是机动车中的内部空间照明器或必要时也是在机动车的外侧上的外部照明器。由此，可以生成具有均匀外观的有吸引力的光效果。
除了上述发光装置之外，本发明还涉及一种机动车、尤其是轿车或必要时也涉及载重汽车，该机动车包括一个或多个按照本发明的发光装置或这些发光装置的优选变型方案中的一个或多个变型方案。
附图说明
后续借助附图详细地描述本发明的实施例。
在图中：
图1示出一种按照本发明的发光装置的实施方式的示意图；和
图2示出图1中的LED单元的详细视图。
具体实施方式
下文中借助如下发光装置描述本发明的一种实施方式，该发光装置在机动车中构建为内部照明器并且包括多个设置在带上的多色LED单元3作为发光器件。这些多色LED单元(下文中也简称为LED单元)分别是一个单独的半导体构件，该半导体构件包括多个单色LED301至304和一个微控制器4。所述单色LED和微控制器集成在该半导体构件的一个共同的壳体中。单色LED301是红色LED，单色LED302是绿色LED，单色LED303是蓝色LED，单色LED304是白色LED。利用带状设置的各LED单元，可以达到非常高的包装密度(根据壳体形状，每米144至367个LED)。
各个LED单元3经由以比特流形式的数字数据流操控，该数据流借助内部数据总线2(亦即，设置在发光装置内部的数据总线)输送给各个LED单元。内部数据总线包括用于时钟的线路CL和用于比特流的线路DL。
在内部数据总线2上的信号来自处理模块1，该处理模块与机动车的LIN总线6耦联。处理模块包括LIN收发器101以及微处理器102，所述LIN收发器从LIN总线6获取用于操控LED单元3的相应的数字信号，所述微处理器将所获取的信号转换成在数据线路DL上的相应的数据信号。在此，在LIN总线6上传输的信号包括如下信号，所述信号用于发光装置并且确定要为发光装置调整出的光图案。这些信号又来自机动车的控制装置，该控制装置例如基于驾驶员的输入来确定要生成的光图案并且将该光图案作为相应的信号发送到LIN总线上。经由处理模块1识别是否根据在LIN总线6上的当前信号为发光装置设置所述光图案。如果是这种情况，则借助微处理器102将该信号转换成用于内部数据总线2的相应的信号。
内部数据总线2例如可以是SPI总线。优选地，在此由微处理器102借助软件SPI产生用于SPI总线的信号。软件SPI本身从现有技术中已知并且是程序库，利用该程序库可以使用微处理器102的任意的空闲引脚来将信号发送到SPI总线上。但是替代地也可以使用硬件SPI。在此，设有用于将信号发送到SPI总线上的特别的SPI引脚。使用软件SPI具有如下优点：在内部数据总线2中可以设有用于操控更多数量的LED单元3的多条线路DL和CL。内部数据总线可以设计为SPI总线的替代方案，也可以设计为差分数据总线或任意的其他数据总线。差分数据总线的特点在于，其经由两条线路之间的电压差来编码数字数据。
在图1的实施方式中，除了线路CL和DL之外还设有两条电线L1和L2，所述电线与直流电压源5连接。基于经由数据线路DL接收的比特流，对输送给各个LED301至304的电流进行PWM调制，以便由此根据数据线路DL上的比特流来操控各LED。
在图2中详细地示出图1中的一个单独的LED单元3的构造。在此，全部示出的LED单元部件集成在一个单独的半导体构件中。数据总线2的信号经由LED单元3的通信接口COM接收。将时钟线路CL的时钟信号传输到在下面进一步描述的微处理器401上，而数据线路DL的数据流在通信接口COM中解码之后被发送到8位移位寄存器SR0、SR1、SR2、SR3和SR4上。在此，从移位寄存器SR0输出的值指示所期望的LED单元总亮度，而经由移位寄存器SR1至SR4的值输出用于产生所期望的混合色的各个单色LED的颜色分量。尤其是，经由移位寄存器SR1输出红色LED301的颜色分量，经由移位寄存器SR2输出绿色LED302的颜色分量，经由移位寄存器303输出蓝色LED303的颜色分量，经由移位寄存器304输出白色LED304的颜色分量。
将各个移位寄存器的值输送给微控制器4，该微控制器由逻辑电路或者说微处理器401以及相配的非易失性EEPROM存储器402组成。在该存储器中尤其存储有校准数据，所述校准数据来自LED单元的校准过程并且针对LED单元的预定的标准温度值确定如何调整各个单色LED的工作电流，以便实现来自移位寄存器SR0的总亮度值以及根据移位寄存器SR1至SR4的值的颜色混合(亦即与此有关的颜色位置)。
微处理器401调用存储在存储器402中的值，并且还接收集成在LED单元的半导体构件中的温度传感器TS的当前温度值。在此，在微处理器中存储有温度算法，该温度算法在访问存储器402的情况下确定针对上述标准温度值的相应的工作电流，并且在来自温度传感器TS的当前温度值与标准温度值存在偏差的情况下适当地校正这些工作电流。在此，该校正设计为，根据移位寄存器的值即使在温度波动时也正确地调整所期望的亮度和所期望的颜色位置。
因此，在微处理器401的温度算法中考虑如下事实：LED单元3的温度对其运行产生影响，从而为了达到所期望的亮度和所期望的颜色位置必须执行与温度有关的校正。用于温度补偿的相应算法本身从现有技术中已知。然而，第一次将这样的算法存储在微控制器中，该微控制器是LED单元的半导体构件的组成部分。以这种方式，发光装置中的各个多色LED单元的运行可以单独地且非常准确地适配于当前温度。
用于各个LED301至304的工作电流由电压调节器RE提供，该电压调节器从图1中示出的电压源5中获得正电压VDD和负电压VSS。微处理器401还产生用于相应的振荡器OS的时钟，该时钟供应给PWM发生器G1、G2、G3和G4。各个LED301至304的工作电流在发生器G1至G4中经由脉冲宽度调制产生。来自用于温度补偿的算法的工作电流值由微处理器401发送到各个发生器G1至G4上。借助脉冲宽度调制，发生器G1产生用于红色LED301的电流，发生器G2产生用于绿色LED302的电流，发生器G3产生用于蓝色LED303的电流，发生器G4产生用于白色LED304的电流。然后，通过由各个发生器产生的、经由电流输出端CO到达单色LED的PWM信号，根据经由内部数据总线2到达LED单元的信号为LED单元3调整具有所期望的亮度和所期望的颜色位置的相应的光。
在刚描述的实施方式中，通过在LED单元3的半导体构件上的温度传感器TS测量当前温度值。必要时，还存在如下可能性：代替测量温度值，经由特性曲线确定当前温度，所述特性曲线针对相应的工作电流给出各个单色LED的工作电压与LED单元的温度之间的关系。在此，工作电压可以用在LED单元中的合适的电压传感器测量。这种类型的温度确定对于专业人员是熟悉的，并且例如描述在文献US2015/0002023A1中。
本发明的上述实施方式具有许多优点。尤其是，第一次将用于温度补偿的算法集成在多色LED单元的半导体构件中。因此，利用集成在多色LED模块中的逻辑电路，以便经由其实现温度补偿。因此，可以根据在相应的LED单元的安装位置上的温度单独地且高准确度地为每个LED单元调整所期望的亮度和所期望的颜色位置。以这种方式，可以确保在整个使用寿命期间LED单元的或由许多LED单元组成的LED带的统一的外观。
附图标记列表
1 处理模块
101 LIN收发器
102 微处理器
2 内部数据总线
3 多色LED单元
301、302、303、304 单色LED
4 微控制器
401 微处理器
402 EEPROM
5 电压源
6 机动车的数据总线
CL 用于时钟信号的线路
DL 数据线路
L1、L2 电线
COM 通信接口
SR0、SR1、SR2、SR3、SR4 移位寄存器
TS 温度传感器
G1、G2、G3、G4 PWM发生器
OS 振荡器
RE 电压调节器
VDD、VSS 电压
CO 电流输出端

Claims (11)

1.发光装置、尤其是用于机动车的发光装置，该发光装置包括一个或多个多色LED单元(3)，所述多色LED单元分别具有可调整的颜色位置和可调整的亮度，其中，每个多色LED单元(3)都是一个单独的半导体构件，该半导体构件包括多个不同颜色的单色LED(301、302、303、304)和一个微控制器(4)，其中，所述单色LED(301、302、303、304)和微控制器(4)被所述半导体构件的壳体包围，其中，所述微控制器(4)设置用于，根据相应多色LED单元(3)的当前温度值操控相应多色LED单元(3)的每个单色LED(301、302、303、304)，使得经调整的颜色位置和经调整的亮度在相应多色LED单元(3)的运行中保持恒定。
2.按照权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元的微控制器(4)设置用于，基于对相应单色LED(301、302、303、304)的工作电流的控制来操控每个单色LED(301、302、303、304)。
3.按照权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，在所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元的半导体构件中集成有温度传感器(TS)，该温度传感器设置用于测量相应多色LED单元(3)的当前温度值。
4.按照上述权利要求之一所述的发光装置，其特征在于，所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元的微控制器(4)设置用于，基于相应多色LED单元(3)的各单色LED(301、302、303、304)的至少一部分工作电压和/或工作电流来确定当前温度值。
5.按照权利要求4所述的发光装置，其特征在于，在所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元的微控制器(4)中针对相应多色LED单元(3)的至少一部分单色LED(301、302、303、304)的相应单色LED(301、302、303、304)存储有特性曲线或表，其中，针对相应单色LED(301、302、303、304)的工作电流的相应特性曲线或表是特定的并且根据相应单色LED(301、302、303、304)的工作电压给出温度，其中，所述微控制器(4)设置用于，从针对相应单色LED(301、302、303、304)的当前工作电流的特性曲线或表中读取针对相应单色LED(301、302、303、304)的当前工作电压的温度并且基于所读取的温度来确定当前温度值。
6.按照上述权利要求之一所述的发光装置，其特征在于，所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元的微控制器(4)设计为，使得该微控制器在当前温度值超过预定阈值的情况下降低多色LED单元(6)的亮度。
7.按照上述权利要求之一所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置包括与内部数据总线(2)连接的多个多色LED单元(3)，该数据总线与处理模块(1)耦联，其中，该处理模块(1)设置用于，将用于调整各个多色LED单元(3)的亮度和颜色位置的内部控制命令发送到内部数据总线(2)上。
8.按照权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述处理模块(1)设置用于，从机动车数据总线(6)接收外部控制命令并且将所述外部控制命令转换为内部控制命令。
9.按照上述权利要求之一所述的发光装置，其特征在于，所述多色LED单元(3)中的至少一部分多色LED单元包括一个或多个RGB LED单元和/或RGBW LED单元。
10.按照上述权利要求之一所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置是机动车中的内部空间照明器或在机动车的外侧上的外部照明器。
11.机动车，包括按照上述权利要求之一所述的一个或多个发光装置。
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