TWI595805B - 半導體組件及照明裝置 - Google Patents

Description

半導體組件及照明裝置

本發明涉及一種半導體組件。此外，本發明提供一種具有此種半導體組件之照明裝置。

本專利申請案主張德國專利申請案10 2009 007 505.4之優先權，其已揭示的整個內容在此一併作為參考。

本發明的目的是提供一種半導體組件，藉此可對一種半導體光源供應電流。本發明的另一目的是提供一種具有此種半導體組件之照明裝置。

依據半導體組件之至少一實施形式，其用來對至少一個半導體光源供應電流。半導體光源例如是一種發光二極體。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括至少一個定電流源。此定電流源用來發出一種至少40毫安之平均電流，特別是至少100毫安，較佳是至少250毫安。此定電流源因此較佳是針對多個半導體光源(例如，發光二極體)之電流供應而最佳化。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括一串列式資料輸入介面。一經由該資料輸入介面而傳送至該半導體組件之信號可由該半導體組件來處理。此外，該半導體組件包括一電流輸出端。藉由該信號，則可在該電流輸出端上預設一由該定電流源所發出的電流強度。

依據半導體組件之至少一實施形式，該電流輸出端用來與半導體光源形成直接的電性連接。所謂直接的電性連接是指，在電流輸出端和半導體光源之間未存在信號處理用的電機組件或電子組件。換言之，在電流輸出端和半導體光源之間特別是未存在電壓轉換器、濾波器或電流源。電流輸出端和半導體光源較佳是與電性導體直接互相連接，其中電性導體例如具有最多2.0Ω之電阻，特別是具有最多0.76Ω之電阻。

直接的電性接觸之意義亦可以是：該半導體組件直接與該半導體光源實際接觸，大致上是指半導體組件與半導體光源互相黏合或焊接著。同樣，半導體組件亦可安裝在半導體光源中或安裝在半導體光源之外殼中或積體化於該外殼中。

依據半導體組件之至少一實施形式，其以一種積體電路(IC)來構成。換言之，較佳是將定電流源、資料輸入介面、電流輸出端、以及用來將資料輸入信號轉換成電流強度的裝置積體化於唯一的積體電路(例如，半導體晶片)中。上述所提及的全部功能可由唯一的半導體晶片中找到。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括一種辨認特徵，此辨認特徵能以電子方式來詢問及/或讀出。依據此特徵，該半導體組件例如在照明系統內部中可被辨認、定址及/或控制。

在該半導體組件之至少一實施形式中，其例如用來對至少一個半導體光源供應電流。該半導體組件包括至少一種定電流源，其用來輸出一至少40毫安的平均電流。此外，該半導體組件具有一串列式資料輸入介面和一電流輸出端。此電流輸出端用來與半導體光源直接形成電性連接，其中該半導體光源不是該半導體組件之組成元件。又，該半導體組件以積體電路構成。

此種半導體組件適合用來對多個半導體光源(例如，發光二極體或雷射二極體)供應電流。特別是由於半導體光源會受到一種老化過程且將依據溫度而具有不同的電阻，則在以定電壓源來操作時流經半導體光源的電流會受到很大的波動。此種電流的波動會使半導體光源受到較大的負載且因此使壽命減低。由於使用積體化的定電流源來對多個半導體組件供應電流，則該負載會由於電流的波動而變小且因此使相連接的半導體光源之壽命提高。半導體晶片在製造時亦可在電流強度固定下依據亮度來分類。因此，使用定電流源來操作此種半導體組件時，可使彩色再現性及/或彩色均勻性獲得改良。

依據半導體組件之至少一實施形式，該定電流源用來進行脈波寬度調變。例如，該定電流源只在特定的接通期間輸出一確定的電流。在該接通期間，該定電流源輸出了電流且該電流的強度幾乎是定值。換言之，該定電流源經常輸出相同強度的電流，其中該定電流源輸出電流時的一個時段可被調整。該定電流源因此可用來調整一種針對時間而算出的電流強度。

依據半導體組件之至少一實施形式，該定電流源用來在關閉期間(此時該定電流源不輸出電流或只輸出很小的電流)施加一種截止方向之電壓至該半導體組件，此電壓較該半導體組件之擊穿電壓小很多。

依據半導體組件之至少一實施形式，該定電流源能以至少200赫的頻率來進行脈波寬度調變。在此種高的頻率時，人類眼睛不能查覺出以脈波來操作之連接至半導體組件(被供應以電流)的半導體光源之亮度調變。

依據半導體組件之至少一實施形式，其恰巧包括一資料輸入介面。此資料輸入介面較佳是一種串列式介面，其特別是具有二個(含)至五個輸入端，特別是具有三個或五個輸入端。換言之，該資料輸入介面特別是具有三極或五極。

依據半導體組件之至少一實施形式，其恰巧包括一資料輸出介面。此資料輸出介面較佳是一種串列式介面。該資料輸入介面和該資料輸出介面特別是用於相同的信號類型或終端類型中。

依據半導體組件之至少一實施形式，其用來處理該資料輸入介面上之串列式輸入信號。該輸入信號包括一控制信號。此控制信號用來對一種半導體光源進行控制。例如，該輸入信號具有一數位式位元-值或位元組-值，其可由半導體組件轉換成一種將發出至半導體光源上的強度。此處，此半導體組件是用來藉由該輸入信號以發出一種確定的電流強度至相連接的半導體光源。

依據半導體組件之至少一實施形式，其發出一種串列式輸出信號至該資料輸出介面。該輸出信號可與該輸入信號相同。然而，該輸出信號較佳是使該輸入信號縮短了該控制信號後而得的信號。若該輸入信號例如具有64位元組的長度，其中一個位元組是指即將被提供電流的半導體光源之控制信號，該輸出信號因此所減少的部份為該控制信號且仍然具有63位元的長度。若該輸入信號只具有1位元組或3位元組的長度，則可不發出該輸出信號。

包含在該輸入信號中的控制信號較佳是存在於一信號序列之起始端或末端，該輸入信號是由該信號序列所形成。於是，可特別有效地縮短該輸入信號且因此可藉由該半導體組件而簡易地產生該輸出信號。

依據半導體組件之至少一實施形式，其具有一種γ修正單元。此γ修正單元以一種眼睛敏感性曲線來處理該控制信號。

依據半導體組件之至少一實施形式，其是以一特殊應用積體電路(ASIC)來形成。

依據半導體組件之至少一實施形式，該控制信號包含最多10個位元，特別是最多8個位元或恰巧8個位元。

依據半導體組件之至少一實施形式，該γ修正單元用來使該控制信號擴大成至少12個位元，特別是至少14個位元或恰巧14個位元，或至少16個位元或恰巧16個位元。特別是對即將發出至半導體光源之小的電流強度且因此對所連接的半導體光源之小的亮度值而言，在小的亮度時可充份地依據人類眼睛之較高的敏感性來調整。

依據半導體組件之至少一實施形式，其用來處理所謂DMX-信號或類似於DMX之信號。換言之，該輸入信號且較佳是該輸出信號是DMX-信號或類似於DMX之信號。

DMX-信號是一串列式信號，其中以250 kbit/s之傳送速率來傳送。DMX-信號包含513位元組，其中第一位元組是起始碼，其告知一接收器該即將傳送之資料的類型，且經由一種3極或5極的資料線而被傳送。DMX-信號用的信號線是依據EIA-485標準來製成。此處，資料信號以一對導線來傳送，其中該一對導線的導體之一承載該資料信號之反相信號，且另一導體承載該資料信號之未反相的信號。承載信號用的一對導體之輸入電壓之值是-7 V和+12 V。該接收器(例如，該半導體組件)之輸入電阻大約是12 kΩ。

在一種類似於DMX之信號中，可使傳送速率提高。例如，該傳送速率可提高至1 Mbit/s。類似於DMX之信號亦包括一種雙向的資料傳送信號，其例如經由RDM來傳送。RDM此處是指Remote Device Management。經由RDM，則特別是可經由各組件之DMX-資料連接而達成一種雙向的通信。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括至少一電壓測量單元。此電壓測量單元用來測量電流輸出端上的電壓，特別是用來偵測該半導體組件之電流輸出端上是否存在一種短路或是否施加了一用來對該半導體光源進行電流供應的電壓。該電壓測量單元亦可只偵測一種二進位之測量值，即，例如只偵測一種短路是否存在。

依據半導體組件之至少一實施形式，電壓測量的結果可經由該資料輸入介面而傳回。換言之，例如一“在電流輸出端上是否存在一種短路”的傳回訊息經由該資料輸入介面而發出至外部的控制單元。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括溫度感測器或一至溫度感測器之介面。溫度感測器可以單石方式積體化於半導體組件中且例如藉由所謂負溫度係數(NTC)-電阻來形成。

依據半導體組件之至少一實施形式，其包括電壓轉換器，此電壓轉換器較佳是以單石方式積體化於形成該半導體組件的電路中。此電壓轉換器用來將一輸入電壓轉換成不同的電壓。該輸入電壓例如是一電源電壓以用於一即將被供應電流的半導體光源中。

操作該半導體組件用的電源電壓特別是可與該輸入電壓不同。藉由電壓轉換器，則可將例如半導體光源用的一操作電壓轉換成該半導體組件用的電源電壓。這樣允許將該半導體組件有效地以電纜來連接。

依據半導體組件之至少一實施形式，其具有一內部振盪器，此振盪器用作節拍設定器。此種內部振盪器可針對頻率來適應於資料輸入信號。此種內部振盪器例如可對複雜的照明系統中之多個半導體組件進行有效率的同步操作

此外，本發明提供一種照明裝置，其包括至少一個半導體組件，如上述之實施形式中的一個或多個半導體組件。又，該照明裝置包括至少一個半導體光源。

依據照明裝置之至少一實施形式，半導體光源在電性上直接連接至半導體組件。在半導體組件之電流輸出端和半導體光源之間較佳是未存在用來改變信號的電子組件或電機組件。半導體光源和半導體組件之電流輸出端之間的電阻較佳是小於2Ω，特別是小於0.75Ω。

依據照明裝置之至少一實施形式，該半導體光源包括至少二個彩色頻道。例如，該半導體光源中可各別地對紅光、綠光和藍光之發射進行控制，該半導體光源因此包括三個彩色頻道。待發射的光之可各別控制的每一彩色形成一種彩色頻道。彩色頻道中特別是在容許度(tolerance)的範圍內可產生相同彩色的輻射。該半導體光源較佳是恰巧包括三個彩色頻道。

依據照明裝置之至少一實施形式，該半導體光源具有數目與彩色頻道的數目相同的定電流源。該半導體組件之每一個定電流源較佳是用來準確地對一彩色頻道提供電流。因此，一藍色頻道中存在至少一個定電流源，一綠色頻道中存在至少另一個定電流源，且一紅色頻道中存在至少一第三定電流源。於是，可適當地對由該半導體光源所發出的輻射之彩色位置進行調整。

依據照明裝置之至少一實施形式，該半導體光源包括至少一發光二極體(簡稱為LED)及/或至少一雷射二極體。同樣，該半導體光源亦可只由發光二極體構成或只由雷射二極體構成或由發光二極體和雷射二極體構成。例如，發光二極體可以是有機發光二極體。

依據照明裝置之至少一實施形式，該半導體光源具有至少一串聯電路，其例如包括至少二個發光二極體。此串聯電路除了電性連接導線以外較佳是只由發光二極體及/或雷射二極體構成。發光二極體及/或雷射二極體構成的此串聯電路，即，半導體光源，較佳是直接連接至半導體組件之電流輸出端。

依據照明裝置之至少一實施形式，一串聯電路包括至少二個在製程容許度的範圍內發出相同彩色之發光二極體及/或雷射二極體。該串聯電路較佳是只具有發光二極體及/或雷射二極體，其在操作時發出相同彩色的輻射。每一個串聯電路因此較佳是代表一種彩色頻道。

此處所述的半導體組件和照明裝置可應用在多種應用領域中，這些應用領域例如可以是結構照明和建築物的照明。此處，上述的照明裝置和半導體組件亦可用在大廈之外部區域和內部區域中。特別是此處所述的多個照明裝置和半導體組件可組合成一種照明系統。

以下，將參考各圖式以依據多個實施例來描述此處所述的半導體組件和照明裝置。各圖式和實施例中相同的各組件分別設有相同的參考符號。所示的各元件和各元件之間的比例未必依比例繪出。然而，為了易於理解之故各圖式的一些元件已予放大地顯示出。

半導體組件2和照明裝置100之一實施例顯示在第1圖中。半導體組件2包括一資料輸入介面1和一資料輸出介面3。以箭頭來表示的一輸入信號經由該資料輸入介面1而到達該半導體組件2中。該輸入信號(同樣以箭頭來表示)經由該資料輸出介面3而繼續傳送。

該輸入信號包括一控制信號，此控制信號由半導體組件2來處理。該半導體組件2之定電流源6對該控制信號起反應且因此發出一種電流強度至該半導體組件2之電流輸出端4。特別是該定電流源6可藉由脈波寬度調變來調整該電流強度。

半導體組件2之上述全部功能整合至唯一的積體電路中。換言之，半導體組件2藉由唯一的半導體晶片來形成。

半導體光源5是與電流輸出端4直接形成低歐姆之電性連接。經由該電流輸出端4而對該半導體光源提供電流，這是以雙箭頭來表示。該半導體光源5例如包括至少一個發光二極體晶片。此半導體光源5亦可包含三個發光二極體晶片，其中一個在紅色光譜中發光，一個在綠色光譜中發光，一個在藍色光譜中發光。因此，該半導體光源5可以是一種RGB-光源。

與第1圖不同，半導體組件2和半導體光源5此二者亦可積體化於一未顯示之共用的外殼中或以單件形式來構成。

第2圖顯示半導體組件2和照明裝置100之另一實施例。半導體組件2包括三個定電流源6a,6b,6c。半導體光源5直接連接至半導體組件2。半導體光源5具有三個發光二極體13a,13b,13c。例如，發光二極體13a在操作時發出紅光，發光二極體13b發出綠光且發光二極體13c發出藍光。

因此，該半導體光源5之彩色頻道50a,50b,50c是分別由發光二極體13a,13b,13c中的一個來實現。每一個彩色頻道50a,50b,50c是經由三個電流輸出端4a,4b,4c之一而連接至定電流源6a,6b,6c之一。因此，每一個彩色頻道50a,50b,50c可藉由該半導體組件2而各別地被供應電流且受到控制，以便可調整一種即將由半導體光源5所發出的輻射之彩色位置。

資料輸入介面1處的輸入信號較佳是一種DMX-信號。對該半導體光源之每一彩色頻道50a,50b,50c而言，使用該資料輸入信號之一位元組作為控制信號。一種DMX-輸出信號發出至該資料輸出介面3，此DMX-輸出信號對應於已縮短了該控制信號後而得的輸入信號。換言之，由該輸入信號中去除三個位元組以控制該半導體光源5。該控制信號因此較佳是短於該輸入信號。

又，該半導體組件2可選擇性地包括一種γ修正單元7。特別是對即將由半導體光源5發出的輻射之小的亮度而言，該控制信號之8位元對每一彩色頻道50a,50b,50c是不夠的，此乃因在小的亮度時人類眼睛較敏感。藉由該γ修正單元7，則8位元-控制信號例如能內插成一種更多位元(例如14位元)之信號。就即將發出至該半導體光源5之電流強度而言，該控制信號可以是一種非線性的信號。

此外，該半導體組件2可選擇性地包括一電壓轉換器。藉由該電壓轉換器，則該半導體光源5用的電源電壓亦可用來操作該半導體組件2。例如，該半導體光源以24 V來操作，且該電壓轉換器將電壓轉換成大約3 V，藉此來操作該半導體組件2。

同樣，該半導體組件2亦可選擇性地包括一種溫度感測器9，其形式例如是一種積體化於該半導體組件2之積體電路中的NTC-電阻。該半導體組件2較佳是以一種RDM-規約(protocol)使溫度感測器9之測量值經由資料輸入介面1而繼續傳送至一外部之不屬於照明裝置之控制裝置。

定電流源6a,6b,6c以及γ修正單元7、溫度感測器9和電壓轉換器10都可安裝在唯一的積體電路中且因此特別是以單石方式而安裝在唯一的半導體晶片中。

在第3圖之照明裝置100之實施例中，半導體光源5包括二個串聯電路12a,12b。此串聯電路12a,12b例如具有三個發光二極體13。藉由每一個串聯電路12a,12b來實現彩色頻道50a,50b。就像第2圖所示，對彩色頻道50a,50b以及串聯電路12a,12b的每一個都設有一個定電流源6a,6b。

半導體組件2可選擇性地包括一電壓測量單元8。藉由此一電壓測量單元8可確定：例如在電流輸出端4a,4b上是否存在短路，即，電阻大約是零。亦可測得：是否發生近似於無限的高電阻及/或是否在電流輸出端4a,4b上存在著已增大或已降低的電壓。因此，藉由電壓測量單元8例如可決定該半導體光源5之狀態，特別是可偵測一個或多個發光二極體13之故障。

電壓測量單元8之測量結果可經由資料輸入介面1而傳回外部的控制單元，這例如藉由RDM來達成。在有一個發光二極體13故障時，可經由半導體組件2或外部的控制裝置來調整各別彩色頻道50a,50b之電流供應，使由半導體光源5所發出的輻射之彩色位置在發光二極體13之一有故障時在容許度的範圍內仍保持相同。

又，半導體組件2可選擇性地具有一介面90，其上可連接溫度感測器9。藉由該溫度感測器9可決定各發光二極體13的溫度。該溫度感測器9之測量值較佳是亦可經由資料輸入介面1而傳回。

亦可藉由溫度感測器9而在一特殊之容易發熱的位置處(所謂熱點)決定一種溫度。所測得的溫度可用來調整半導體光源5。例如，在照明系統中，熱點周圍具有多個半導體光源5之整個區域能以較小的電流來操作。於是，針對亮度而言可達成一種至照明系統之以正常電流強度來操作的區域之柔和的過渡(transition)區。

在第4圖之實施例中，二個照明裝置100a,100b串聯連接著。資料輸出介面3a是與連接於後之照明裝置100b之資料輸入介面1b相連接。

半導體組件2a,2b分別包括一內部振盪器11。藉由該內部振湯器，特別是可使複雜的照明系統內部的多個照明裝置100a,100b之電路同步。這樣特別是可將照明裝置100a,100b使用在移動式圖像的再現中，此時在各別的半導體組件2及/或半導體光源5之間需要高的時間相關性。內部振盪器11較佳是以單石方式積體化成積體電路，以連接成半導體組件2a,2b。

本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每一種組合，當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。

1．．．資料輸入介面

2．．．半導體組件

3．．．資料輸出介面

4．．．電流輸出端

5．．．半導體光源

6．．．定電流源

7．．．γ修正單元

8．．．電壓測量單元

9．．．溫度感測器

10．．．電壓轉換器

11．．．內部振盪器

12．．．串聯電路

13．．．發光二極體

50．．．彩色頻道

90．．．溫度感測器之介面

100．．．照明裝置

第1圖至第4圖顯示此處所述的半導體組件和照明裝置之多個實施例的圖解。

1．．．資料輸入介面

2．．．半導體組件

3．．．資料輸出介面

4．．．電流輸出端

5．．．半導體光源

6．．．定電流源

100．．．照明裝置

Claims (10)

1. 一種用來對至少一個半導體光源(5)供應電流的半導體組件(2)，包括：至少一個定電流源(6)，其用來發出至少40毫安之平均電流，γ修正單元(7)，三極或五極的串列式資料輸入介面(1)和串列式資料輸出介面(3)，以及電流輸出端(4)，其係不同於該資料輸出介面(3)，且用來與該半導體光源(5)直接形成電性連接，其中，該半導體組件(2)配置成積體電路，該半導體組件(2)係用來對該資料輸入介面(1)上的串列式輸入信號進行處理，該輸入信號包括控制信號，該控制信號係用來控制該半導體光源(5)，該資料輸出介面(3)上的串列式輸出信號是縮短了該控制信號的輸入信號且該資料輸出介面(3)更與隨後的半導體組件之另一資料輸出介面連接，以透過該資料輸出介面(3)傳輸該縮短的輸入信號，以及該控制信號最多具有10位元，該γ修正單元(7)用來將該控制信號擴展成至少12位元。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體組件(2)，其中該定電流 源(6)用於以至少200Hz的頻率來進行脈波寬度調變。
3. 如申請專利範圍第1項之半導體組件(2)，其中至少該輸入信號是DMX-信號或類似於DMX之信號。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體組件(2)，其中包括電壓測量單元(8)，其用來決定該電流輸出端(4)上的電壓，其中電壓測量之結果可經由該資料輸入介面(1)而傳回。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體組件(2)，其中包括一溫度感測器(9)或一溫度感測器(9)之介面(90)。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體組件(2)，其中包括一電壓轉換器(10)，其用來將一輸入電壓轉換成不同的電壓。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體組件(2)，其中包括一內部振盪器(11)，其用作節拍設定器。
8. 一種照明裝置(100)，包括：多個半導體組件(2)，以及多個半導體光源(5)，其中每個該半導體組件(2)係分別直接電性連接到至少一個該半導體光源(5)，且其中每個該半導體組件(2)設置為對多個該半導體光源(5)供應電流且設置為積體電路並且具有：多個定電流源(6)，該等定電流源之每一者係分別設置為 用於發出至少40mA的平均電流；γ修正單元(7)，其設置為以眼睛敏感性曲線來處理控制信號；以單石方式積體化的溫度感測器(9)；串列式資料輸入介面(1)；以及電流輸出端(4)，其係不同於資料輸出介面(3)，且用來與該半導體光源(5)直接形成電性連接，其中該資料輸出介面(3)上的串列式輸出信號是縮短了該控制信號的輸入信號且該資料輸出介面(3)更與隨後的半導體組件之另一資料輸入介面連接，以傳輸透過該資料輸出介面(3)所縮短的輸入信號，其中該控制信號最多具有10位元，該γ修正單元(7)用來將該控制信號擴展成至少12位元，其中所述複數個定電流源(6)係設置為對複數個彩色頻道供應電流，並且該等彩色頻道之每一者包括至少兩個發光二極體和/或雷射二極體的串聯電路，其在工作中發射相同色彩的輻射，以及其中該等定電源流(6)與該γ修正單元(7)及該溫度感測器(9)係皆安裝在唯一的積體電路中且因此特別是以單石方式而安裝在唯一的半導體晶片中。
9. 如申請專利範圍第8項之照明裝置(100)，其中該半導體光源(5)包括至少一發光二極體及/或至少一雷射二極體或由至少一發光二極體及/或至少一雷射二極體構成。
10. 如申請專利範圍第8或9項之照明裝置(100)，其係設置在建築物的外部區域。