DE102009007505A1

DE102009007505A1 - Halbleiterbauteil und Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009007505A1
Application number: DE102009007505A
Authority: DE
Inventors: Andreas Stahlkopf
Original assignee: e cue control GmbH
Current assignee: Traxon Technologies Ltd Hk
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: CN101902852B; TW201108857A; TWI595805B; CN101902852A; KR20100090205A; DE102009007505B4

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils (2) ist dieses zur Bestromung mindestens einer Halbleiterlichtquelle (5) eingerichtet. Das Halbleiterbauteil (2) umfasst mindestens eine Konstantstromquelle (6), die zur Abgabe eines mittleren Stromes von wenigstens 40 mA eingerichtet ist. Weiterhin weist das Halbleiterbauteil (2) eine serielle Dateneingangsschnittstelle (1) und einen Stromausgang (4) auf. Der Stromausgang (4) ist zur direkten elektrischen Verbindung mit einer Halbleiterlichtquelle (5) eingerichtet, wobei die Halbleiterlichtquelle (5) kein Bestandteil des Halbleiterbauteils (2) ist. Weiterhin ist das Halbleiterbauteil (2) als integrierter Schaltkreis gestaltet.

Description

Es wird ein Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem solchen Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauteil anzugeben, über das eine Halbleiterlichtquelle bestrombar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem solchen Halbleiterbauteil anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dieses zur Bestromung mindestens einer Halbleiterlichtquelle eingerichtet. Bei der Halbleiterlichtquelle handelt es sich zum Beispiel um eine Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens eine Konstantstromquelle. Die Konstantstromquelle ist zur Abgabe eines mittleren Stroms von mindestens 40 mA, insbesondere von mindestens 100 mA, bevorzugt von mindestens 250 mA eingerichtet. Die Konstantstromquelle ist also bevorzugt im Hinblick auf ein Bestromen von Halbleiterlichtquellen, wie Leuchtdioden, optimiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses eine serielle Dateneingangsschnittstelle. Ein über die Dateneingangsschnittstelle an das Halbleiterbauteil gesendetes Signal kann von dem Halbleiterbauteil verarbeitet werden. Ferner umfasst das Halbleiterbauteil einen Stromausgang. Über das Signal ist eine von der Konstantstromquelle abzugebende Stromstärke am Stromausgang vorgegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Stromausgang zur direkten elektrischen Verbindung mit einer Halbleiterlichtquelle eingerichtet. Direkte elektrische Verbindung kann hierbei bedeuten, dass sich zwischen dem Stromausgang und der Halbleiterlichtquelle keine elektrischen oder elektronischen, signalverarbeitenden Komponenten befinden. Mit anderen Worten befinden sich zwischen dem Stromausgang und der Halbleiterlichtquelle insbesondere keine Spannungswandler, elektrische Filter oder Stromquellen. Bevorzugt sind der Stromausgang und die Halbleiterlichtquelle mit elektrischen Leitern direkt miteinander verbunden, wobei die elektrischen Leiter beispielsweise einen Widerstand von höchstens 2,0 Ω, insbesondere von höchstens 0,76 Ω aufweisen.
Direkte elektrische Verbindung kann auch bedeuten, dass sich das Halbleiterbauteil in direktem physischem Kontakt mit der Halbleiterlichtquelle befindet, etwa dass das Halbleiterbauteil und die Halbleiterlichtquelle aneinander geklebt oder gelötet sind. Ebenso möglich ist es, dass das Halbleiterbauteil in einer Halbleiterlichtquelle oder in einem Gehäuse einer Halbleiterlichtquelle untergebracht oder in dem Gehäuse integriert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dieses als integrierter Schaltkreis, englisch Integrated Circuit oder kurz IC, gestaltet. Mit anderen Worten sind bevorzugt sowohl die Konstantstromquelle als auch die Dateneingangsschnittstelle als auch der Stromausgang sowie eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Dateneingangssignals in eine Stromstärke in einen einzigen integrierten Schaltkreis, also zum Beispiel in einen einzigen Halbleiterchip, integriert. Alle genannten Funktionen können dann von einem einzigen Halbleiterchip wahrgenommen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses eine Identifikationskennung, die elektronisch abfragbar und/oder auslesbar ist. Anhand dieser Kennung ist das Halbleiterbauteil zum Beispiel innerhalb eines Beleuchtungssystems identifizierbar, adressierbar und/oder ansteuerbar.
In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dieses zur Bestromung mindestens einer Halbleiterlichtquelle eingerichtet. Das Halbleiterbauteil umfasst mindestens eine Konstantstromquelle, die zur Abgabe eines mittleren Stromes von wenigstens 40 mA eingerichtet ist. Weiterhin weist das Halbleiterbauteil eine serielle Dateneingangsschnittstelle und einen Stromausgang auf. Der Stromausgang ist zur direkten elektrischen Verbindung mit einer Halbleiterlichtquelle eingerichtet, wobei die Halbleiterlichtquelle kein Bestandteil des Halbleiterbauteils ist. Weiterhin ist das Halbleiterbauteil als integrierter Schaltkreis gestaltet.
Ein solches Halbleiterbauteil ist zur Bestromung von Halbleiterlichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden oder Laserdioden geeignet. Da insbesondere Halbleiterlichtquellen einem Alterungsprozess unterliegen und auch, abhängig von einer Temperatur, einen unterschiedlichen Widerstand aufweisen, kann beim Betrieb mit einer Konstantspannungsquelle der Strom durch die Halbleiterlichtquelle signifikanten Schwankungen unterworfen sein. Diese Stromschwankungen können zu einer erhöhten Belastung der Halbleiterlichtquelle und somit zu einer verminderten Lebensdauer führen. Durch die Verwendung einer integrierten Konstantstromquelle zur Bestromung der Halbleiterlichtquelle können diese Belastungen aufgrund von Stromschwankungen vermindert werden und sich die Lebensdauer einer angeschlossenen Halbleiterlichtquelle damit erhöhen. Auch können Halbleiterchips im Rahmen der Herstellung bei konstanter Stromstärke nach Helligkeit sortiert sein. Die Verwendung einer Konstantstromquelle zum Betreiben solcher Halbleiterchips kann daher eine Farbwiedergabe und/oder eine Farbhomogenität verbessern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Konstantstromquelle zu einer Pulsweitenmodulation eingerichtet. Beispielsweise gibt die Konstantstromquelle nur innerhalb bestimmter Einschaltzeitintervalle einen definierten elektrischen Strom ab. Während dieser Einschaltzeitintervalle, in denen die Konstantstromquelle Strom abgibt, ist eine Stromstärke des Stroms näherungsweise konstant. Mit anderen Worten gibt die Konstantstromquelle immer Strom mit derselben Stärkestärke ab, wobei ein Zeitanteil, in dem die Konstantstromquelle Strom abgibt, einstellbar ist. Die Konstantstromquelle ist also zur Regelung einer über die Zeit gemittelten Stromstärke eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Konstantstromquelle dazu eingerichtet, während Ausschaltzeitintervallen, in denen die Konstantstromquelle keinen oder nur einen sehr kleinen Strom abgibt, an den Halbleiterbauteile eine Spannung in Sperrrichtung anzulegen. Die Spannung liegt hierbei deutlich unter einer Durchbruchspannung der Halbleiterbauteile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Konstantstromquelle zu einer Pulsweitenmodulation mit einer Frequenz von mindestens 200 Hz eingerichtet. Bei solch hohen Frequenzen nimmt das menschliche Auge keine Helligkeitsmodulation einer dann gepulst betriebenen, an das Halbleiterbauteil angeschlossenen und damit bestromten Halbleiterlichtquelle wahr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses genau eine Dateneingangsschnittstelle. Die Dateneingangsschnittstelle ist bevorzugt eine serielle Schnittstelle. Insbesondere weist die Dateneingangsschnittstelle zwischen einschließlich zwei und fünf, insbesondere genau drei oder genau fünf Eingänge auf. Mit anderen Worten ist die Dateneingangsschnittstelle insbesondere dreipolig oder fünfpolig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses genau eine Datenausgangsschnittstelle. Auch bei der Datenausgangsschnittstelle handelt es sich bevorzugt um eine serielle Schnittstelle. Insbesondere können die Dateneingangsschnittstelle und die Datenausgangsschnittstelle für eine gleiche Signalart oder Anschlussart eingerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dieses zur Verarbeitung eines seriellen Eingangssignals an der Dateneingangsschnittstelle eingerichtet. Das Eingangssignal umfasst hierbei ein Steuersignal. Das Steuersignal ist zur Ansteuerung einer Halbleiterlichtquelle eingerichtet. Beispielsweise weist das Eingangssignal einen digitalen Bit-Wert oder Byte-Wert auf, der vom Halbleiterbauteil in eine an eine Halbleiterlichtquelle abzugebende Stromstärke umgewandelt werden kann. Das Halbleiterbauteil ist also dazu eingerichtet, aufgrund des Eingangssignals eine definierte Stromstärke an eine angeschlossene Halbleiterlichtquelle abzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils gibt dieses ein serielles Ausgangssignal an der Datenausgangsschnittstelle aus. Das Ausgangssignal kann identisch mit dem Eingangssignal sein. Bevorzugt jedoch ist das Ausgangssignal das um das Steuersignal verkürzte Eingangssignal. Weist das Eingangssignal beispielsweise eine Länge von 64 Byte auf, wobei zum Beispiel ein Byte das Steuersignal einer zu bestromenden Halbleiterlichtquelle darstellt, so ist das Ausgangssignal um dieses Steuersignal reduziert und weist entsprechend nur noch eine Länge von 63 Byte auf. Weist das Eingangssignal eine Länge von nur 1 Byte oder von nur 3 Byte auf, so ist es möglich, dass kein Ausgangssignal ausgegeben wird.
Das Steuersignal, das vom Eingangssignal umfasst ist, befindet sich bevorzugt am Anfang oder am Ende einer Signalsequenz, durch die das Eingangssignal gebildet ist. Hierdurch ist eine besonders effiziente Verkürzung des Eingangssignals und somit eine einfache Generierung des Ausgangssignals durch das Halbleiterbauteil ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses eine Gammakorrektureinheit auf. Die Gammakorrektureinheit ist dazu eingerichtet, das Steuersignal mit einer Augenempfindlichkeitskurve zu verarbeiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst das Steuersignal höchstens zehn Bit, insbesondere höchstens oder genau acht Bit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Gammakorrektureinheit dazu eingerichtet, das Steuersignal auf mindestens 12 Bit, insbesondere auf mindestens oder genau 14 Bit oder auf mindestens oder genau 16 Bit zu erweitern. Insbesondere für kleine, an eine Halbleiterlichtquelle abzugebende Stromstärken und somit für kleine Helligkeitswerte einer angeschlossenen Halbleiterlichtquelle kann hierdurch eine ausreichende Anpassung an die vergleichsweise hohe Empfindlichkeit des menschlichen Auges für geringe Helligkeiten erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dieses zur Verarbeitung von so genannten DMX-Signalen oder DMX-ähnlichen Signalen eingerichtet. Mit anderen Worten ist das Eingangssignal und bevorzugt auch das Ausgangssignal ein DMX-Signal oder ein DMX-ähnliches Signal.
Ein DMX-Signal ist hierbei ein serielles Signal, bei dem Daten mit einer Übertragungsrate von 250 kbit/s übermittelt werden. Das DMX-Signal umfasst 513 Bytes, wobei das erste Byte ein Startcode ist, der die Art der zu übermittelnden Daten einem Empfänger mitteilt, und wird über eine 3-polige oder über 5-polige Datenleitung übermittelt. Eine Signalleitung für DMX-Signale folgt dem Standard EIA-485. Hierbei wird ein Datensignal mit einem Leitungspaar übertragen, wobei einer der Leiter des Paares eine invertierte und der andere Leiter eine nicht invertierte Version des Datensignals trägt. Eingangsspannungen des signaltragenden Leitungspaares liegen bei –7 V und +12 V. Ein Eingangswiderstand eines Empfängers, also zum Beispiel des Halbleiterbauteils, beträgt zirka 12 kΩ.
Bei einem DMX-ähnlichen Signal kann die Übertragungsrate erhöht sein. Beispielsweise ist die Übertragungsrate auf 1 Mbit/s erhöht. DMX-ähnliche Signale schließt auch eine bidirektionale Datenübermittlung ein, zum Beispiel über RDM. RDM bezeichnet hierbei Remote Device Management. Über RDM ist eine bidirektionale Kommunikation insbesondere über DMX-Datenverbindungen von Komponenten untereinander möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens eine Spannungsmesseinheit. Die Spannungsmesseinheit ist dazu eingerichtet, eine Spannung am Stromausgang zu bestimmen. Insbesondere ist die Spannungsmesseinheit dazu eingerichtet zu ermitteln, ob am Stromausgang des Halbleiterbauteils ein Kurzschluss vorliegt, oder ob die zur Bestromung einer Halbleiterlichtquelle vorgesehene Spannung anliegt. Es ist möglich, dass die Spannungseinheit lediglich eine binäre Messgröße ermittelt, also zum Beispiel nur, ob ein Kurzschluss vorliegt oder nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist ein Ergebnis der Spannungsbestimmung über die Dateneingangsschnittstelle rückleitbar. Mit anderen Worten wird über die Dateneingangsschnittstelle vom Halbleiterbauteil etwa an eine externe Steuereinheit eine Rückmeldung gegeben, ob beispielsweise am Stromausgang ein Kurzschluss vorliegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses einen Temperatursensor oder eine Schnittstelle zu einem Temperatursensor. Der Temperatursensor kann dem Halbleiterbauteil monolithisch integriert sein und beispielsweise durch einen so genannten NTC-Widerstand, einen Negative Temperature Coefficient-Widerstand, gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses einen Spannungswandler, der bevorzugt monolithisch in dem Schaltkreis, der das Halbleiterbauteil bildet, integriert ist. Der Spannungswandler ist dazu eingerichtet, eine Eingangsspannung in eine davon verschiedene Spannung umzuwandeln. Bei der Eingangsspannung kann es sich beispielsweise um eine Versorgungsspannung für eine zu bestromende Halbleiterlichtquelle handeln.
Insbesondere ist es möglich, dass eine Versorgungsspannung zum Betrieb des Halbleiterbauteils von der Eingangsspannung verschieden ist. Über einen Spannungswandler ist es möglich, eine Betriebsspannung beispielsweise für eine Halbleiterlichtquelle in die Versorgungsspannung für das Halbleiterbauteil umzuwandeln. Dies erlaubt eine effiziente Verkabelung des Halbleiterbauteils.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist dieses einen internen Oszillator auf, der als Taktgeber eingerichtet ist. Ein solcher interner Oszillator kann an das Dateneingangssignal bezüglich der Frequenz angepasst sein. Ein solcher interner Oszillator ermöglicht beispielsweise ein effizientes, synchrones Betreiben einer Vielzahl von Halbleiterbauteilen, beispielsweise innerhalb eines komplexen Beleuchtungssystems.
Darüber hinaus wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst mindestens ein Halbleiterbauteil, wie es in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben ist. Weiterhin umfasst die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Halbleiterlichtquelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist die Halbleiterlichtquelle elektrisch direkt an das Halbleiterbauteil angeschlossen. Zwischen dem Stromausgang des Halbleiterbauteils und der Halbleiterlichtquelle befinden sich bevorzugt keine signalverändernden elektrischen oder elektronischen Komponenten. Ein Widerstand zwischen der Halbleiterlichtquelle und dem Stromausgang des Halbleiterbauteils ist bevorzugt kleiner als 2 Ω, insbesondere kleiner als 0,75 Ω.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Halbleiterlichtquelle wenigstens zwei Farbkanäle. Beispielsweise ist in der Halbleiterlichtquelle die Emission von rotem, grünem und blauem Licht jeweils einzeln ansteuerbar, so dass die Halbleiterlichtquelle drei Farbkanäle umfasst. Jede der einzeln ansteuerbaren Farben des zu emittierenden Lichts bildet also einen Farbkanal. Innerhalb eines Farbkanals wird also insbesondere im Rahmen der Toleranzen Strahlung der gleichen Farbe erzeugt. Bevorzugt umfasst die Halbleiterlichtquelle genau drei Farbkanäle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist das Halbleiterbauteil eine der Anzahl der Farbkanäle entsprechende Anzahl an Konstantstromquellen auf. Jede der Konstantstromquellen des Halbleiterbauteils ist bevorzugt dazu eingerichtet, genau einen Farbkanal zu bestromen. Es liegt also beispielsweise mindestens eine Konstantstromquelle für einen blauen Farbkanal, mindestens eine weitere für einen grünen und mindestens eine dritte für einen roten Farbkanal vor. Hierdurch ist es ermöglicht, den Farbort einer von der Halbleiterlichtquelle emittierten Strahlung gezielt einzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode, kurz LED, und/oder mindestens eine Laserdiode. Ebenso ist es möglich, dass die Halbleiterlichtquelle ausschließlich aus Leuchtdioden, ausschließlich aus Laserdioden oder ausschließlich aus Leuchtdioden und Laserdioden besteht. Auch kann es sich beispielsweise bei den Leuchtdioden um organische Leuchtdioden handelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die Halbleiterlichtquelle mindestens eine Reihenschaltung auf. Die Reihenschaltung umfasst beispielsweise mindestens zwei Leuchtdioden. Bevorzugt besteht die Reihenschaltung, neben elektrischen Verbindungsleitungen, ausschließlich aus Leuchtdioden und/oder Laserdioden. Die Reihenschaltung der Leuchtdioden und/oder Laserdioden, also die Halbleiterlichtquelle, ist bevorzugt direkt an den Stromausgang des Halbleiterbauteils angeschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Reihenschaltung zumindest zwei im Rahmen der Herstellungstoleranzen gleichfarbig emittierende Leuchtdioden und/oder Laserdioden. Bevorzugt weist die Reihenschaltung ausschließlich Leuchtdioden und/oder Laserdioden auf, die im Betrieb gleichfarbige Strahlung emittieren. Jede der Reihenschaltungen stellt also bevorzugt einen Farbkanal dar.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene Halbleiterbauteile und Beleuchtungsvorrichtungen Anwendung finden können, sind beispielsweise die Architekturbeleuchtung und die Beleuchtung von Bauwerken. Es ist möglich, hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtungen und Halbleiterbauteile sowohl im Außenbereich als auch im Innenbereich von Gebäuden einzusetzen. Insbesondere kann eine Vielzahl von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen und Halbleiterbauteilen zu einem Beleuchtungssystem kombiniert sein.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Halbleiterbauteil sowie eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 4 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterbauteilen und von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 2 und einer Beleuchtungsvorrichtung 100 ist schematisch in 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 2 umfasst eine Dateneingangsschnittstelle 1 und eine Datenausgangsschnittstelle 3. Über die Dateneingangsschnittstelle 1 gelangt ein Eingangssignal, symbolisiert durch einen Pfeil, in das Halbleiterbauteil 2. Über die Datenausgangsschnittstelle 3 kann das Eingangssignal weitergeleitet werden, ebenfalls symbolisiert durch einen Pfeil.
Das Eingangssignal umfasst ein Steuersignal, das vom Halbleiterbauteil 2 verarbeitet wird. Über dieses Steuersignal wird eine Konstantstromquelle 6 des Halbleiterbauteils 2 angesprochen und entsprechend eine Stromstärke an einen Stromausgang 4 des Halbleiterbauteils 2 ausgegeben. Insbesondere kann die Konstantstromquelle 6 die Stromstärke über Pulsweitenmodulation einstellen.
Alle genannten Funktionen des Halbleiterbauteils 2 sind in einem einzigen integrierten Schaltkreis integriert. Mit anderen Worten ist das Halbleiterbauteil 2 durch einen einzigen Halbleiterchip gebildet.
In direkter, niederohmiger elektrischer Verbindung mit dem Stromausgang 4 steht eine Halbleiterlichtquelle 5. Über den Stromausgang 4 wird die Halbleiterlichtquelle 5 bestromt, symbolisiert durch einen Doppelpfeil. Die Halbleiterlichtquelle 5 umfasst beispielsweise mindestens einen Leuchtdiodenchip. Die Halbleiterlichtquelle 5 kann auch drei Leuchtdiodenchips beinhalten, von denen einer im roten, einer im grünen und einer im blauen Spektralbereich emittiert. Die Halbleiterlichtquelle 5 kann also eine RGB-Lichtquelle sein.
Anders als in 1 dargestellt ist es ebenfalls möglich, dass das Halbleiterbauteil 2 und die Halbleiterlichtquelle 5 beide in einem gemeinsamen, nicht gezeichneten Gehäuse integriert sind oder einstückig aufgeführt sind.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 2 und der Beleuchtungsvorrichtung 100 illustriert. Das Halbleiterbauteil 2 umfasst drei Konstantstromquellen 6a, 6b, 6c. Direkt an das Halbleiterbauteil 2 angeschlossen ist die Halbleiterlichtquelle 5. Die Halbleiterlichtquelle 5 weist drei Leuchtdioden 13a, 13b, 13c auf. Beispielsweise emittiert die Leuchtdiode 13a im Betrieb rotes Licht, die Leuchtdiode 13b grünes Licht und die Leuchtdiode 13c blaues Licht.
Somit ist durch jede der Leuchtdioden 13a, 13b, 13c ein Farbkanal 50a, 50b, 50c der Halbleiterlichtquelle 5 realisiert. Jeder der Farbkanäle 50a, 50b, 50c ist über einen der drei Stromausgänge 4a, 4b, 4c an eine der Konstantstromquellen 6a, 6b, 6c angeschlossen. Somit ist jeder der Farbkanäle 50a, 50b, 50c über das Halbleiterbauteil 2 einzeln bestrombar und ansteuerbar, so dass ein Farbort einer von der Halbleiterlichtquelle 5 zu emittierenden Strahlung einstellbar ist.
Das Eingangssignal an der Dateneingangsschnittstelle 1 ist bevorzugt ein DMX-Signal. Für jeden der Farbkanäle 50a, 50b, 50c der Halbleiterlichtquelle 5 wird ein Byte des Dateneingangssignals als Steuersignal verwendet. An der Datenausgangsschnittstelle 3 wird ein DMX-Ausgangssignal ausgegeben, das dem um das Steuersignal verkürzten Eingangssignal entspricht. Mit anderen Worten sind aus dem Eingangssignal die drei Byte zur Ansteuerung der Halbleiterlichtquelle 5 entfernt. Das Ausgangssignal ist also bevorzugt kürzer als das Eingangssignal.
Weiterhin umfasst das Halbleiterbauteil 2 optional eine Gammakorrektureinheit 7. Insbesondere für kleine Helligkeiten der von der Halbleiterlichtquelle 5 zu emittierenden Strahlung sind die zum Beispiel 8 Bit des Steuersignals für jeden der Farbkanäle 50a, 50b, 50c unzulänglich, da bei kleinen Helligkeiten das menschliche Auge vergleichsweise empfindlich ist. Durch die Gammakorrektureinheit 7 wird das 8 Bit-Steuersignal in ein Signal mit mehr Bit, beispielsweise mit 14 Bit, interpoliert. Bei dem Steuersignal kann es sich bezüglich der an die Halbleiterlichtquelle 5 abzugebenden Stromstärke um ein nichtlineares Signal handeln.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil 2 optional einen Spannungswandler. Über den Spannungswandler ist beispielsweise eine Versorgungsspannung für die Halbleiterlichtquelle 5 auch zum Betrieb des Halbleiterbauteils 2 verwendbar. Zum Beispiel wird die Halbleiterlichtquelle mit 24 V betrieben, und der Spannungswandler wandelt diese Spannung in zirka 3 V um, mit denen das Halbleiterbauteil 2 betrieben wird.
Ebenfalls optional kann das Halbleiterbauteil 2 einen Temperatursensor 9, beispielsweise in Form eines dem integrierten Schaltkreis des Halbleiterbauteils 2 integrierten NTC-Widerstands, umfassen. Das Halbleiterbauteil 2 ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, beispielsweise über ein RDM-Protokoll einen Messwert des Temperatursensor 9 über die Dateneingangsschnittstelle 1 an eine externe, nicht zur Beleuchtungsvorrichtung 100 gehörige Steuervorrichtung weiterzuleiten.
Sowohl die Konstantstromquellen 6a, 6b, 6c als auch die Gammakorrektureinheit 7, der Temperatursensor 9 und der Spannungswandler 10 können in einem einzigen integrierten Schaltkreis und somit insbesondere in einem einzigen Halbleiterchip monolithisch untergebracht sein.
Im Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 100 gemäß 3 umfasst die Halbleiterlichtquelle 5 zwei Reihenschaltungen 12a, 12b. Die Reihenschaltungen 12a, 12b weisen beispielsweise drei Leuchtdioden 13 auf. Durch jede der Reihenschaltungen 12a, 12b ist ein Farbkanal 50a, 50b realisiert. Wie auch gemäß 2 ist für die Farbkanäle 50a, 50b und somit für die Reihenschaltungen 12a, 12b je eine der Konstantstromquellen 6a, 6b vorgesehen.
Optional umfasst das Halbleiterbauteil 2 eine Spannungsmesseinheit 8. Über die Spannungsmesseinheit 8 kann festgestellt werden, ob beispielsweise an den Stromausgängen 4a, 4b Kurzschlüsse vorliegen, also ein Widerstand ungefähr Null ist. Auch kann ermittelt werden, ob näherungsweise unendlich hohe Widerstände auftreten und/oder ob eine erhöhte oder reduzierte Spannung an den Stromausgängen 4a, 4b anliegt. Über die Spannungsmesseinheit 8 ist also zum Beispiel ein Status der Halbleiterlichtquelle 5 bestimmbar, insbesondere kann ein Ausfall einer oder mehrerer der Leuchtdioden 13 detektiert werden.
Ein Messergebnis der Spannungseinheit 8 ist über die Dateneingangsschnittstelle 1 an eine externe Steuereinheit rückleitbar, zum Beispiel mittels RDM. Die Bestromung der einzelnen Farbkanäle 50a, 50b ist bei Ausfall etwa einer der Leuchtdioden 13 über die Halbleiterbauteile 2 oder über eine externe Steuervorrichtung anpassbar, so dass ein Farbort der von der Halbleiterlichtquelle 5 emittierten Strahlung trotz Ausfall einer der Leuchtdioden 13 im Rahmen der Toleranzen gleich bleibt.
Ferner kann das Halbleiterbauteil 2 optional eine Schnittstelle 90 aufweisen, an der der Temperatursensor 9 anschließbar ist. Über den Temperatursensor 9 kann eine Temperatur beispielsweise der Leuchtdioden 13 festgestellt werden. Bevorzugt ist auch der Messwert des Temperatursensors 9 über die Dateneingangsschnittstelle 1 rückleitbar.
Über den Temperatursensor 9 ist es auch möglich, etwa an einer besonders hitzeanfälligen Stelle, einem so genannten Hot Spot, eine Temperatur zu bestimmen. Aufgrund der ermittelten Temperatur können die Halbleiterlichtquellen 5 geregelt werden. Beispielsweise kann in einem Beleuchtungssystem ein ganzer Bereich mit mehreren Halbleiterlichtquellen 5 um den Hot Spot herum mit reduziertem Strom betrieben werden. Hierdurch ist ein sanfter Übergang bezüglich der Helligkeit zu anderen, mit normaler Stromstärke betriebenen Bereichen des Beleuchtungssystems realisierbar.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind zwei Beleuchtungsvorrichtungen 100a, 100b in Serie geschaltet. Die Datenausgangsschnittstelle 3a ist hierbei mit der Dateneingangsschnittstelle 1b der nachgeordneten Beleuchtungsvorrichtung 100b verbunden.
Die Halbleiterbauteile 2a, 2b umfassen jeweils einen internen Oszillator 11. Über den internen Oszillator ist insbesondere eine Schaltung einer Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtung 100a, 100b synchronisierbar, zum Beispiel innerhalb eines komplexen Beleuchtungssystems. Dies ermöglicht einen Einsatz der Beleuchtungsvorrichtung 100a, 100b insbesondere bei der Wiedergabe bewegter Bilder, bei der eine hohe zeitliche Korrelation zwischen einzelnen Halbleiterbauteilen 2 und/oder Halbleiterlichtquellen 5 gefordert ist. Der interne Oszillator 11 ist bevorzugt dem integrierten Schaltkreis, als der die Halbleiterbauteile 2a, 2b gestaltet sind, monolithisch integriert.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Standard EIA-485 [0024]

Claims

Halbleiterbauteil (2) zur Bestromung mindestens einer Halbleiterlichtquelle (5) mit – mindestens einer Konstantstromquelle (6), die zur Abgabe eines mittleren Stromes von wenigstens 40 mA eingerichtet ist, – einer seriellen Dateneingangsschnittstelle (1) und – einem Stromausgang (4), der zur direkten elektrischen Verbindung mit einer Halbleiterlichtquelle (5) eingerichtet ist, wobei das Halbleiterbauteil (2) als integrierter Schaltkreis gestaltet ist.
Halbleiterbauteil (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Konstantstromquelle (6) zu einer Pulsweitenmodulation mit einer Frequenz von mindestens 200 Hz eingerichtet ist.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das genau eine Dateneingangsschnittstelle (3) und genau eine serielle Datenausgangsschnittstelle (3) umfasst.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zur Verarbeitung eines seriellen Eingangssignals an der Dateneingangsschnittstelle (1) eingerichtet ist, wobei das Eingangssignal ein Steuersignal, das zur Ansteuerung einer Halbleiterlichtquelle (5) eingerichtet ist, umfasst.
Halbleiterbauteil (2) nach den Ansprüchen 3 und 4, bei dem ein serielles Ausgangssignal an der Datenausgangsschnittstelle (3) das um das Steuersignal verkürzte Eingangssignal ist.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, das eine Gammakorrektureinheit (7) umfasst und bei dem das Steuersignal höchstens 10 bit aufweist, wobei die Gammakorrektureinheit (7) dazu eingerichtet ist, das Steuersignal auf mindestens 12 bit zu erweitern.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem zumindest das Eingangssignal ein DMX-Signal oder ein DMX-ähnliches Signal ist.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Spannungsmesseinheit (8) umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung am Stromausgang (4) zu bestimmen, wobei ein Ergebnis der Spannungsbestimmung über die Dateneingangsschnittstelle (1) rückleitbar ist.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Temperatursensor (9) oder eine Schnittstelle (90) zu einem Temperatursensor (9) umfasst.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Spannungswandler (10) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung in eine davon verschiedene Spannung umzuwandeln.
Halbleiterbauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen internen Oszillator (11) umfasst, der als Taktgeber eingerichtet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100) mit – einem Halbleiterbauteil (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und – einer Halbleiterlichtquelle (5), wobei die Halbleiterlichtquelle (5) elektrisch direkt an das Halbleiterbauteil (2) angeschlossen ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Halbleiterlichtquelle (5) wenigstens zwei Farbkanäle (50) umfasst, und bei der das Halbleiterbauteil (2) eine den Farbkanälen (50) entsprechende Anzahl von Konstantstromquellen (6) aufweist, wobei jede der Konstantstromquellen (6) dazu eingerichtet ist, genau einen der Farbkanäle (50) zu bestromen.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Halbleiterlichtquelle (5) mindestens eine Leuchtdiode und/oder mindestens eine Laserdiode umfasst oder aus mindestens einer Leuchtdiode und/oder mindestens einer Laserdiode besteht.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Halbleiterlichtquelle (5) mindestens eine Reihenschaltung (12) mit zumindest zwei gleichfarbig emittierenden Leuchtdioden umfasst.