CN108702825A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其是用于机动车的照明装置，包括一个或多个分别具有可调色坐标和可调亮度的多色LED单元(3)。每个多色LED单元(3)是一个单独的具有多个不同颜色的单色LED(301、302、303、304)和一个微控制器(4)的半导体元件，其中，所述单色LED(301、302、303、304)和微控制器(4)被所述半导体元件的壳体包围。在所述微控制器(4)中存储有校准数据(KD)，所述校准数据描述所述单色LED(301、302、303、304)的工作电流与相应多色LED单元(3)的至少一个色坐标和至少一个亮度的关系。此外所述微控制器(4)构造用于根据相应多色LED单元(3)的调出的色坐标和调出的亮度在访问校准数据(KD)的情况下通过调节相应单色LED(301、302、303、304)的工作电流控制每个单色LED(301、302、303、304)。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种尤其是用于机动车的照明装置。
背景技术
由现有技术已知为机动车中的照明装置使用多色LED单元。这些LED单元包括多个单色LED并且通常由LED驱动器控制以改变亮度和色坐标(即混合色)。为此使用具有微处理器的模块，该模块一方面与机动车数据总线通信并且另一方面驱动各LED单元，一般情况下通过PWM输出端进行驱动。作为机动车数据总线在此通常使用所谓的LIN总线(LIN＝本地互连网络)。
由现有技术还已知具有集成电路的新型多色LED单元。在这些LED单元中，单色LED和集成电路安装在一个共同的壳体中，由此可实现高的封装密度。各个LED单元通过数据流控制。
迄今为止，在具有多色LED单元的照明装置中对于运行各个LED单元所需的参数化装置存储在中央处理模块中。这具有如下缺点：仅不充分地补偿各个LED单元的本地不同的运行条件，这可能导致照明装置不统一的外观。
为了确保多色LED单元发出具有希望混合色的光，常常校准相应的多色LED单元。在此调出多色LED单元的一个或多个预定色坐标、必要时还有亮度并且借助校准传感器检测实际的色坐标或亮度。此外，针对相应调出的色坐标或亮度测量对于多色LED单元中的单色LED产生的工作电流。这些工作电流与色坐标或亮度的关联构成校准数据，基于这些校准数据可在多色LED单元的后续运行中调出希望的色坐标或亮度。
文献DE 102006037292 A1描述了LED光模块的校准，在其中借助光模块中的传感器针对预定色坐标检测光模块的各个LED的强度值。色坐标通过LED模块外部的校准传感器测量。检测到的强度值作为校准数据存储于LED模块的控制装置中。在LED模块运行期间借助校准数据这样调节传感器测量到的强度值，使得实现希望的色坐标。
文献WO2011/106661A1描述了一种用于LED照明系统的校准方法。校准数据存储为在LED照明系统运行期间访问的查询表。
发明内容
本发明的任务在于提供一种包括至少一个具有简单控制装置的多色LED单元的照明装置以及一种用于制造这种照明装置的简单方法。
所述任务通过根据权利要求1所述的照明装置或根据权利要求12所述的制造方法来解决。本发明的扩展方案在从属权利要求中定义。
根据本发明的照明装置优选设置用于机动车、如轿车且必要时也用于载重汽车。照明装置包括一个或多个分别具有可调色坐标和可调亮度(即光强度)的多色LED单元。术语“色坐标”是本领域技术人员公知的并且描述由相应多色LED单元产生的混合色。色坐标例如可表示为颜色图、尤其是CIE标准色度系统的颜色图中的坐标。
在根据本发明的照明装置中，每个多色LED单元是一个单独的具有多个并且优选至少三个不同颜色的单色LED的半导体元件。该单独的半导体元件还包括微控制器。单色LED和微控制器被半导体元件的壳体包围，即它们安装在一个共同的半导体元件壳体中。
在根据本发明的照明装置中，在微控制器中存储有校准数据，所述校准数据描述单色LED的工作电流与相应多色LED单元的至少一个色坐标和至少一个亮度的关系。所述微控制器构造用于根据相应多色LED单元的调出的色坐标和调出的亮度在访问校准数据的情况下通过调节相应单色LED的工作电流控制每个单色LED。换言之，通过校准数据实现：将单色LED的工作电流调节为这样的值，使得实际的色坐标和实际的亮度在最大程度上、即在给定的公差范围内对应于希望(调出)的色坐标和希望(调出)的亮度。
根据本发明的照明装置的优点在于：用于运行相应多色LED单元的校准数据本地存储在微控制器中，该微控制器是单独的半导体元件的组成部分。由此可以简单的方式在不访问中央数据的情况下单独为每个单个多色LED单元调出希望的亮度或希望的色坐标。
在一种特别优选的实施方式中，所述校准数据对于相应多色LED单元的单个预定色坐标和单个预定亮度给出相应单色LED的待调出工作电流。微控制器由这些用于单个色坐标和单个亮度的工作电流计算相应单色LED的要用于在运行中调出的色坐标和调出的亮度的工作电流。基于这种校准数据计算工作电流本身是已知的。例如可基于插值进行计算。
在另一种特别优选的实施方式中，至少一部分所述多色LED单元的微控制器这样构造，使得其在控制相应单色LED时除了校准数据外还考虑相应多色LED单元的以适合方式提供的(当前)工作温度，从而调出的色坐标和调出的亮度在相应多色LED单元运行期间保持恒定。换言之，在微控制器中存储有用于温度补偿的算法，由此即使在照明装置运行期间温度波动的情况下也确保照明装置的外观不变。用于温度补偿的算法本身是已知的并且例如利用特性曲线或表格，其根据相应多色LED单元的工作温度以适合方式校正工作电流。
在本发明照明装置的另一种实施方式中，在至少一部分所述多色LED单元的半导体元件中集成温度传感器，该温度传感器构造用于测量相应多色LED单元的(当前)工作温度。可在上述温度算法中处理该测量到的工作温度。
在另一种变型中省却用于测量当前工作温度的温度传感器。取而代之的是，至少一部分所述多色LED单元的微控制器构造用于基于相应多色LED单元的单色LED的工作电压和/或工作电流的至少一部分来确定相应多色LED单元的工作温度。可在上述温度算法中处理该确定的工作温度。
在本发明照明装置的另一种优选变型中，至少一部分所述多色LED单元的微控制器这样构造，使得其在(当前)工作温度超过预定阈值的情况下降低相应多色LED单元(即微控制器所属的多色LED单元)的亮度。由此防止多色LED单元基于过高的工作温度而损坏。优选在此情况下可预先规定如下关系，根据该关系，超过预定阈值越多，多色LED单元的亮度就越低。必要时，多色LED单元的亮度也可减小到零、即相应多色LED单元关闭。这例如可通过高于所述预定阈值的第二阈值来实现。如果当前工作温度超过该第二阈值，则多色LED单元关闭。
在一种特别优选的实施方式中，根据本发明的照明装置包括多个多色LED单元，它们连接到内部数据总线(即照明装置内部的数据总线)上。该内部数据总线又耦合到处理模块上，所述处理模块构造用于将用于调节各个多色LED单元的亮度和色坐标的内部控制命令输出到内部数据总线上。优选地，上述处理模块构造用于从机动车数据总线接收外部控制命令并将它们转换为上述内部控制命令。
在刚刚描述的实施方式中，通过内部数据总线简单地控制各个多色LED单元。内部数据总线例如可以是SPI数据总线(SPI＝串行协议接口)或必要时也可是其它数据总线、如差分数据总线，其对关于两条导线之间的电压差的数字数据进行编码。上述机动车数据总线例如可以是LIN总线(LIN＝局部互连网络)或CAN总线(CAN＝控制器区域网络)。
在另一种优选实施方式中，至少一部分所述多色LED单元包括一个或多个RGB-LED单元和/或RGBW-LED单元。RGB-LED单元以本身已知的方式包括红色、绿色、和蓝色的单色LED，并且RGBW-LED单元除了红色、绿色和蓝色LED之外还包括白光LED。
在一种特别优选的实施方式中，照明装置是机动车中的内部空间照明器或必要时亦是机动车外侧的外部照明器。由此可产生具有均匀外观的、吸引人的照明效果。
除了上述照明装置之外，本发明还涉及一种机动车、尤其是轿车或必要时也是载重汽车，其包括一个或多个根据本发明的照明装置或这些照明装置的优选变型。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的照明装置或这些照明装置的优选变型的方法。在此制造用于照明装置的多色LED单元且此后无需基于对相应多色LED单元的色坐标和亮度的测量进行预分类。随后在将多色LED单元组装成相应照明装置之前或之后对每个多色LED单元单独进行校准过程，在其中为相应多色LED单元确定校准数据并且将其存储在相应多色LED单元的微控制器中。
在根据本发明的方法中省却了所谓的装仓(Binning)的过程。在装仓时测量相应多色LED单元的色坐标和亮度以考虑制造公差并且根据色坐标和亮度对多色LED单元分级，在此将具有相同特性的多色LED单元归入相同级别并且相应预分类。传统上随后根据多色LED单元所属级别使用适合的校准数据来控制相应多色LED单元。
在根据本发明的方法中，在不与校准过程耦合地进行预分类的情况下实施该校准过程并且将在这种情况下得到的校准数据立即存储在相应多色LED单元的微控制器中。由此显著简化了制造过程，从而节省了生产资源。
在根据本发明的方法的一种优选变型中，在校准过程的范围中运行相应多色LED单元并且在此测量相应多色LED单元的色坐标和亮度，在此改变相应单色LED的工作电流，直到调出相应多色LED单元的一个或多个预定色坐标和亮度，其中，测量用于预定色坐标和预定亮度的工作电流并且与预定色坐标和预定亮度一起作为校准数据存储在相应多色LED单元的微控制器中。
附图说明
下面参考附图详细阐述本发明的实施例。附图如下：
图1示出根据本发明的照明装置的一种实施方式的示意图；和
图2示出图1的LED单元的细节图。
具体实施方式
下面借助照明装置说明本发明的一种实施方式，该照明装置作为内部空间照明器安装在机动车中并且作为发光装置包括多个设置在条带上的多色LED单元3。这些多色LED单元(下文中也简称为LED单元)分别构成一个单独的半导体元件，其具有多个单色LED 301至304和一个微控制器4。所述单色LED和微控制器集成在半导体元件的共同壳体中。单色LED 301是红色LED，单色LED 302是绿色LED，单色LED 303是蓝色LED，并且单色LED 304是白色LED。通过这些带状设置的LED单元可实现非常高的封装密度(根据壳体形状为144至367个LED/m)。
各个LED单元3通过比特流形式的数字数据流控制，该比特流借助内部数据总线2(即设置在照明装置内部的数据总线)被供应给各个LED单元3。所述内部数据总线包括时钟线CL和比特流线DL。
内部数据总线2上的信号来自处理模块1，该处理模块耦合到机动车的LIN总线6上。处理模块包括LIN收发器101以及微处理器102，LIN收发器从LIN总线6获取用于控制LED单元3的相应数字信号，微处理器将获取的信号转换成数据线DL上相应的数据信号。在LIN总线6上传输的信号在此包括用于照明装置的信号，所述信号规定要为照明装置调出的光图案。这些信号又来自机动车的控制装置，其例如基于驾驶员的输入规定待生成的光图案并且作为相应信号输出到LIN总线上。通过处理模块1检测是否光图案根据LIN总线6上的当前信号设置用于照明装置。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的相应信号。
内部数据总线2例如可以是SPI总线。在此优选用于SPI总线的信号由微处理器102借助软件SPI生成。软件SPI本身由现有技术已知并且构成程序库，借助其可将微处理器102的任意空闲引脚用于向SPI总线输出信号。但作为替代方案也可使用硬件SPI。在此设置专用SPI引脚用于向SPI总线输出信号。使用软件SPI的优点在于可在内部数据总线2中设置多根导线DL和CL用于控制更多数量的LED单元3。作为SPI总线的替代方案，内部数据总线也可设计为差分数据总线或任何其它数据总线。差分数据总线的特点在于其对关于两条导线之间的电压差的数字数据进行编码。
在图1的实施方式中，除了导线CL和DL之外，还设有两条电源线L1和L2，它们连接到直流电压源5。基于通过数据线DL接收的比特流对供应给各个LED301至304的电流进行PWM调制，以便由此根据数据线DL上的比特流控制各LED。
图2中详细示出图1的一个单个LED单元3的结构。LED单元的所有示出的部件集成在一个单独的半导体元件中。数据总线2的信号通过LED单元3的通信接口COM接收。时钟线CL的时钟信号被传输到下面进一步描述的微处理器401，而在通信接口COM中解码后的数据线DL的数据流被传输到8位移位寄存器SR0、SR1、SR2、SR3和SR4。由移位寄存器SR0输出的值在此表示希望的LED单元的总亮度，而通过移位寄存器SR1至SR4的值输出各个单色LED的颜色分量，以用于产生希望的混合色。尤其是通过移位寄存器SR1输出红色LED 301的颜色分量，通过移位寄存器SR2输出绿色LED 302的颜色分量，通过移位寄存器SR3输出蓝色LED303的颜色分量，并且通过移位寄存器SR4输出白色LED 304的颜色分量。
各个移位寄存器的值被传送给微控制器4，所述微控制器包括逻辑装置或者说微处理器401以及相配的非易失性EEPROM存储器402。在该存储器中存储有校准数据KD，这些校准数据源于LED单元的校准过程并且对于LED单元的预定标准温度值规定应如何调节各个单色LED的工作电流以实现源自移位寄存器SR0的总亮度值以及根据各移位寄存器SR1至SR4的值的颜色混合(即与其相关的色坐标)。在这里描述的实施方式中，校准数据针对多色LED单元的单个预定混合色(优选白色)、即对于颜色空间中的相应色坐标和单个预定亮度值规定待调出的工作电流。微处理器401在多色LED单元运行期间使用校准数据KD并且基于适合的内插针对多色LED单元的当前调出的色坐标和当前调出的亮度计算各个单色LED的待调出的工作电流。
在这里描述的实施方式中在微处理器401中还存储有温度算法，通过该温度算法考虑校准数据KD是对于标准温度值确定的并且因此当LED单元的工作温度偏离于该标准温度时必须进行调整。该调整通过温度算法实现，为此通过温度传感器TS检测LED单元的当前温度并提供给微处理器401。然后以本身已知的方式通过温度算法校正最初为标准温度值确定的工作电流。为此微处理器401例如可访问存储于存储器402中的特性曲线或表格，其给出针对不同工作温度的相应校正。因此，借助温度算法确保即使在温度波动时也根据移位寄存器的值正确调出希望的亮度和希望的色坐标。
各个LED301至304的工作电流通过电压调节器RE提供，其从图1所示的电压源5获得正电压VDD和负电压VSS。微处理器401还产生用于相应振荡器OS的时钟，该时钟被供应给PWM发生器G1、G2、G3和G4。在发生器G1至G4中通过脉宽调制产生各个LED301至304的工作电流。来自微处理器的工作电流值被传输给各个发生器G1至G4。发生器G1通过脉宽调制产生红色LED301的电流，发生器G2产生绿色LED302的电流，发生器G3产生蓝色LED303的电流，并且发生器G4产生白色LED304的电流。通过由各个发生器生成的PWM信号(其经由电流输出端CO到达单色LED)，然后根据经由内部数据总线2到达LED单元的信号为LED单元3调出具有希望亮度和希望色坐标的相应光。
在刚刚描述的实施方式中，通过LED单元3的半导体元件上的温度传感器TS测量当前温度值。必要时代替测量温度值也可通过特性曲线来确定当前温度值，所述特性曲线对于相应工作电流给出各个单色LED的工作电压和LED单元的温度之间的关系。工作电压在此可通过LED单元中的适合的电压传感器来测量。这种温度确定对于本领域技术人员来说是熟悉的并且例如在文献US 2015/0002023A1中被描述。
上述照明装置优选通过一种新型制造方法制造，其中省却了所谓的装仓。在装仓时在制造之后就色坐标和亮度对多色LED单元进行测量并且根据色坐标和亮度分级。然后基于该分级将LED单元预分类，即分开收集相同级别的LED单元。根据该新型制造方法，所制造的多色LED单元在未进行预分类的情况下被收集。随后为每个单个多色LED单元实施校准过程，在该校准过程中确定单个LED单元的校准数据并且立即存储在微控制器上。然后将存储有校准数据的LED单元组装成相应照明装置，必要时也可在校准各个LED单元之前进行组装。
前面说明的发明具有一系列优点。尤其是校准数据首次直接存储在集成于多色LED单元的半导体元件中的微控制器中。由此以简单的方式借助各个LED单元中的本地信息确保照明装置以希望的亮度和希望的色坐标发光。此外，这种照明装置可通过非常简单的制造方法来制造，在其中省却了对多色LED单元的预分类。
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 机动车数据总线
CL 时钟信号线
DL 数据线
L1、L2 电源线
COM 通信接口
SR0、SR1、SR2、SR3、SR4 移位寄存器
KD 校准数据
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 (13)

1.尤其是用于机动车的照明装置，包括一个或多个分别具有可调色坐标和可调亮度的多色LED单元(3)，其中，每个多色LED单元(3)是一个单独的具有多个不同颜色的单色LED(301、302、303、304)和一个微控制器(4)的半导体元件；所述单色LED(301、302、303、304)和微控制器(4)被所述半导体元件的壳体包围；在所述微控制器(4)中存储有校准数据(KD)，所述校准数据描述所述单色LED(301、302、303、304)的工作电流与相应多色LED单元(3)的至少一个色坐标和至少一个亮度的关系；并且所述微控制器(4)构造用于根据相应多色LED单元(3)的调出的色坐标和调出的亮度在访问所述校准数据(KD)的情况下通过调节相应单色LED(301、302、303、304)的工作电流控制每个单色LED(301、302、303、304)。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述校准数据(KD)对于相应多色LED单元(3)的单个预定色坐标和单个预定亮度给出相应单色LED(301、302、303、304)的待调出的工作电流，其中，所述微控制器(4)由该工作电流计算相应单色LED(301、302、303、304)的用于调出的色坐标和调出的亮度的工作电流。
3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，至少一部分所述多色LED单元(3)的微控制器(4)这样构造，使得该微控制器在控制相应单色LED(301、302、303、304)时还考虑相应多色LED单元(3)的工作温度，使得调出的色坐标和调出的亮度在相应多色LED单元(3)运行期间保持恒定。
4.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，在至少一部分所述多色LED单元(3)的半导体元件中集成有温度传感器(TS)，该温度传感器构造用于测量相应多色LED单元(3)的工作温度。
5.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，至少一部分所述多色LED单元(3)的微控制器(4)构造用于基于相应多色LED单元(3)的单色LED(301、302、303、304)的工作电压和/或工作电流的至少一部分来确定相应多色LED单元(3)的工作温度。
6.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，至少一部分所述多色LED单元(3)的微控制器(4)这样构造，使得该微控制器在相应多色LED单元(3)的工作温度超过预定阈值的情况下降低该多色LED单元(6)的亮度。
7.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，该照明装置包括多个连接到内部数据总线(2)上的多色LED单元(3)，所述内部数据总线耦合到处理模块(1)上，其中，所述处理模块(1)构造用于将用于调节各个多色LED单元(3)的亮度和色坐标的内部控制命令输出到所述内部数据总线(2)上。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述处理模块(1)构造用于从机动车数据总线(6)接收外部控制命令并将该外部控制命令转换成所述内部控制命令。
9.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，至少一部分所述多色LED单元(3)包括一个或多个RGB-LED单元和/或RGBW-LED单元。
10.根据前述权利要求之一所述的照明装置，其特征在于，该照明装置是机动车中的内部空间照明器或机动车外侧上的外部照明器。
11.机动车，包括一个或多个根据前述权利要求之一所述的照明装置。
12.用于制造根据权利要求1至10之一所述的照明装置的方法，其特征在于，制造用于照明装置的多色LED单元(3)且此后无需基于对相应多色LED单元(3)的色坐标和亮度的测量进行预分类；随后在将所述多色LED单元(3)组装成相应照明装置之前或之后使每个多色LED单元(3)单独进行校准过程，在该校准过程中为相应多色LED单元(3)确定校准数据(KD)并且将该校准数据存储在相应多色LED单元(3)的微控制器(4)中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述校准过程的范围中，运行相应多色LED单元(3)并且在此测量相应多色LED单元(3)的色坐标和亮度；改变相应单色LED单元(301、302、303、304)的工作电流，直到调出相应多色LED单元(3)的一个或多个预定色坐标和预定亮度；测量针对所述预定色坐标和预定亮度的工作电流并且将该工作电流与所述预定色坐标和预定亮度一起作为校准数据存储在相应多色LED单元(3)的微控制器(4)中。
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