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WO2018154007A1 - Beleuchtungseinrichtung und verfahren zum betreiben einer beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung und verfahren zum betreiben einer beleuchtungseinrichtung Download PDF

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Publication number
WO2018154007A1
WO2018154007A1 PCT/EP2018/054423 EP2018054423W WO2018154007A1 WO 2018154007 A1 WO2018154007 A1 WO 2018154007A1 EP 2018054423 W EP2018054423 W EP 2018054423W WO 2018154007 A1 WO2018154007 A1 WO 2018154007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lighting device
light
view
field
subpixel
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054423
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Désirée QUEREN
Mikko PERÄLÄ
Marco Antretter
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to DE112018000990.4T priority Critical patent/DE112018000990A5/de
Priority to US16/488,213 priority patent/US11199756B2/en
Publication of WO2018154007A1 publication Critical patent/WO2018154007A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/06—Special arrangements of screening, diffusing, or reflecting devices, e.g. in studio
    • G03B15/07—Arrangements of lamps in studios
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means

Definitions

  • a lighting device is specified.
  • a procedure for operating a lighting device is specified.
  • One object to be solved is, inter alia, to provide a lighting device which has an improved
  • Another object to be solved is to provide a method for operating such
  • the semiconductor component has an active zone in which light is generated during normal operation of the semiconductor component.
  • the lighting device is a
  • the semiconductor component has an emission surface, through which in the intended
  • Operation emits much of the emitted light.
  • Lighting device a drive circuit.
  • the semiconductor device and the
  • the Drive circuit connected to each other by means of a solder connection.
  • the drive circuit may, for example, on a side facing away from the emission surface of the
  • Semiconductor device can be arranged.
  • Lighting device illuminated during operation of the
  • the illumination device comprises the sensor, or the illumination device is part of a camera which comprises the sensor.
  • the field of view is, for example, a region in an object space which is imaged on the sensor. In particular, only the entire field of view is imaged on the sensor.
  • the field of view is subdivided into a plurality of regions.
  • the field of view is in several rectangular, in particular
  • the field of view is divided into rectangular areas that are at the nodes of a regular rectangular grid
  • each point of the field of view is assigned to at least one area.
  • the areas may partially overlap one another so that one Point of the field of view can be assigned to several areas.
  • Semiconductor device on a plurality of pixels, which are each provided to illuminate a portion of the field of view.
  • a plurality of pixels are assigned to a region, so that a region can be illuminated by means of the light of several pixels.
  • everyone is
  • the pixels of the semiconductor device can be separated
  • Brightness and / or the color location of the emitted light of a pixel can be specified separately from other pixels.
  • the pixels are in a lateral plane, which runs parallel to the emission surface of the semiconductor component,
  • the pixels are arranged side by side along the nodes of a regular rectangular grid in the lateral plane.
  • each pixel is formed with a semiconductor chip, each semiconductor chip in a separate
  • a semiconductor chip comprises a plurality of
  • the pixels are made.
  • the pixels are with
  • the lateral extent of a single pixel is limited, for example, by means of trenches, which at least one of the
  • the trenches can be prepared for example by means of a lithographic process.
  • the pixels have continuous semiconductor layers, wherein the extent of the individual pixels in the lateral direction is defined by the lateral extent of contact structures through which the pixels are energized.
  • each pixel it is possible for each pixel to be two or more
  • Semiconductor chips comprises, wherein each semiconductor chip forms a subpixel of the pixel.
  • the pixels each have at least one subpixel of the first type and one
  • Subpixels of the second kind are arranged side by side in the lateral plane.
  • subpixels of a pixel are arranged adjacent to each other. "Adjacent to each other" in this context means that in
  • the subpixels are set up to be driven separately from each other.
  • individual subpixels can be driven separately by means of the drive circuit and
  • the intensity of the emitted light of a subpixel can be set separately from the intensity of the emitted light of further subpixels.
  • the subpixel of the first type is configured to emit light of a white color locus and the subpixel of the second type is configured to emit light of a non-white color locus.
  • the subpixel of the first kind is arranged to To emit light of a warm white or cold white color location.
  • Warm white light has a color temperature of a maximum of 3300 Kelvin and cold white light has a
  • the second-type subpixel may be configured to emit light of a red, green or blue color location.
  • Lighting device for generating light
  • Semiconductor device having a plurality of pixels, each for illuminating a portion of the field of view
  • the pixels each having at least one subpixel of the first kind and a subpixel of the second kind, wherein the subpixel of the first kind is adapted to emit light of a white color locus and the subpixel of the second kind is adapted to emit light of a non-white color locus.
  • One of the illumination devices described here is based, inter alia, on the following considerations. to
  • the lighting device described here now makes use, inter alia, of the idea, the field of view in several
  • Lighting device are each independently illuminated.
  • the LEDs are each independently illuminated.
  • Lighting device configured to illuminate the individual areas separately by means of light of different pixels.
  • the color location and the intensity of the emitted light of each pixel can be set separately, so that they can be illuminated separately with light of a predefinable color location and a predefinable brightness.
  • the brightness and the color location of individual regions in a field of view can be adapted by means of the illumination device, so that the field of view is a
  • Illuminating means the pixels are arranged in a lateral plane in a two-dimensional matrix arrangement.
  • the pixels at the nodes of a regular rectangular grid are in the lateral plane
  • the subpixels are arranged side by side in the same lateral plane.
  • the pixels are arranged in a two-dimensional matrix whose aspect ratio is equal to the
  • the pixels of the semiconductor device are particularly space-saving arranged, so that the
  • Lighting device has a particularly compact design.
  • the light emitted by the pixels can be directed particularly efficiently into individual areas in the field of view.
  • the semiconductor device comprises a maximum of 128 pixels. In particular, this includes
  • Semiconductor device a maximum of 100 pixels.
  • Each pixel, in particular each subpixel, has at least one electrical contact, via which this pixel, in particular subpixel, can be individually electrically driven.
  • a semiconductor device having such a predetermined maximum number of pixels has one
  • Lighting device has a pixel in a lateral direction to a minimum lateral extent of 100 ym.
  • a pixel in a lateral direction has a minimum lateral extent of 140 ym.
  • the area of the light-emitting semiconductor component is used particularly efficiently since areas in which different pixels adjoin one another are minimized.
  • Lighting device are subpixels of different types formed by means of different semiconductor materials.
  • the subpixels of different types are separated from one another by means of different ones
  • a conversion agent which converts light generated in the active zone into light of a different wavelength is dispensed with, so that the semiconductor component emits electromagnetic radiation in a particularly efficient manner.
  • Lighting device have subpixels of different types on different conversion elements and are formed with a same semiconductor material.
  • the subpixels of different types are in one common
  • Subpixels of different types may be arranged downstream of different conversion elements, so that the light generated in the active zones is incident on the conversion element associated with the respective subpixel, and at least part of the generated light is in light of another
  • Wavelength range converts.
  • the light generated in the subpixel is converted into light of a different wavelength range.
  • the subpixels which are formed with a same semiconductor material,
  • the subpixels which are formed with the same semiconductor material, can be arranged particularly close to each other, so that in the lateral direction the area of the
  • Semiconductor device is used particularly efficiently.
  • the conversion elements perpendicular to the lateral plane have a thickness of at least 60 ym and a maximum of 100 ym.
  • the conversion elements perpendicular to the lateral plane have a thickness of at least 60 ym and a maximum of 100 ym.
  • Conversion elements have a thickness of at least 70 ym and a maximum of 80 ym.
  • the light generated in the active zones is at least partially scattered when passing through the conversion elements, so that by means of the
  • a scattering conversion element enables improved mixing of the light emitted by subpixels of a pixel. Next lead the scattering
  • Illuminance and the color location of adjacent pixels are Illuminance and the color location of adjacent pixels.
  • Lighting device comprises a pixel a subpixel third type and a subpixel of the fourth kind, wherein the
  • Subpixel third type is set up to
  • Electromagnetic radiation of another white color location to emit and the fourth subpixel is adapted to emit electromagnetic radiation of another, not white color location.
  • the other white color location is not the same color location as the white color location.
  • the white color locus is a warm white color locus and the other white one
  • the non-white color locus and the other non-white color locus different color locations.
  • the non-white color locus is a color locus in the red wavelength range and the further non-white color locus is a color locus in the blue
  • a pixel emits mixed light of the first type subpixel, the second type subpixel, the third type subpixel, and / or the fourth type subpixel.
  • Mixed light of a predetermined color location and a predetermined intensity are emitted.
  • the light of different pixels in the field of view is directed into different areas.
  • the light is directed by subpixels of a common pixel as mixed light in a common area of the field of view.
  • the field of view by means of the white and the other white subpixels by means of warm white or cold white light
  • Lighting device differs by means of the lighting device generated illuminance in adjacent areas by a maximum of a factor of 1.5. Preferably, one differs by means of
  • Lighting device generated illuminance in adjacent areas by a maximum of 1.2.
  • the pixels have scattering conversion elements and / or light-scattering elements which scatter the light emitted by pixels.
  • Lighting device is disposed between the semiconductor device and the drive circuit, an intermediate carrier, via which the semiconductor device is electrically connected to the drive circuit.
  • the semiconductor device is electrically connected to the drive circuit.
  • the intermediate carrier serves as a mechanically supporting component.
  • Control circuit be made separately from each other and tested separately before the mechanical and electrical connection.
  • Lighting device the illumination device comprises an optical element, wherein the optical element of light of subpixels of different types of a pixel in one
  • the individual areas of the field of view can be
  • the area to be illuminated is illuminated with mixed light of the individual subpixels, so that the color location and the illuminance of the light with which the individual areas are illuminated can be set by means of separate operation of the subpixels.
  • the separate operation allows
  • Lighting device specified With the method, in particular a lighting device described here can be operated. That is, all for the
  • Lighting features disclosed are also disclosed for the method and vice versa.
  • the regions are illuminated separately from one another by means of light of a predefinable color location and a predefinable brightness.
  • the regions can in particular simultaneously with light of different brightness and / or a different color location
  • Lighting device operated separately, so that individual areas of the field of view are illuminated with a predetermined illuminance. In particular, individual subpixels of the illumination device become separate
  • Illuminating individual areas in the field of view compared to other areas highlighted by an increased brightness or a color accent lighting Alternatively, areas that have a lower brightness or a different color location relative to other areas have to be aligned by means of the lighting to the other areas.
  • the pixels are operated with a current density of at least 10 mA / mm 2 , wherein the current is not pulsed.
  • the pixels are operated with a current density which leads to heating of the semiconductor component.
  • the heat converted electrical energy in a pixel is greater than the heat that can be dissipated during operation of the semiconductor device.
  • Semiconductor device can only be operated for a predetermined period of time without the semiconductor device exceeds a normal operating temperature.
  • the illumination device is adapted to be operated as a flash, wherein the individual pixels are operated with a current density of at least 10 mA / mm 2 .
  • the stream is the pixel of the
  • the semiconductor device is not by means of a pulse width modulated (abbreviated: PWM) signal
  • the pixels are operated with a current whose modulation frequency is at most 10 hertz, preferably at most 3 hertz.
  • “non-pulsed” means that the current with which the pixels are operated does not involve continuous pulse modulation having.
  • the semiconductor device can be operated with particularly high current densities, so that a particularly high illuminance is achieved.
  • the pixels are operated with a continuous current, so that the illuminance of the
  • the sensor may be a CCD chip or a CMOS chip which
  • the field of view with a
  • the field of view is imaged on a sensor, and the color location and / or brightness of the light with which a region is illuminated depend on the color location detected by the sensor and / or detected by the sensor Brightness of this area.
  • the senor is a CCD or CMOS sensor which is designed to measure brightnesses and color locations.
  • the field of view is imaged on the sensor.
  • the sensor transmits, for example, measured brightness and color values to the drive circuit.
  • color loci and / or brightnesses of individual regions are determined by means of the drive circuit.
  • the drive circuit can transmit the determined values of the color loci and / or brightnesses to an external processor which, for example, is set up to perform arithmetic operations.
  • the brightness and / or color values within individual areas can be averaged or the differences of brightness and color Color values of different areas are calculated.
  • the pixels assigned to the areas can then be controlled by means of the drive device depending on the determined values of the color locations and / or brightnesses.
  • the operation of the illumination device is adapted to the field of view by means of this method, so that individual areas of the field of view amplified by means of a light of a particular color location or a specific
  • Areas may vary depending on the areas in these areas
  • the detected brightness are illuminated.
  • the illuminance is specifically increased, so that the
  • Illuminance is greater, the lower the brightness measured in this area.
  • the brightness of the region measured by means of the sensor can be increased.
  • Brightness separately illuminated without additional lighting areas with sufficient brightness so that the brightness in the field of view is homogenized overall.
  • a red, green and blue color component of the color locus of a region is detected by means of the sensor and by means of
  • Lighting device illuminated this area with light in the red, green and / or blue wavelength range, wherein the illuminance is greater with light of a wavelength range of the illumination device in this area, the lower the detected by the sensor
  • Color component in this area is.
  • the sub-pixels of the light-emitting semiconductor component are operated depending on the color locus which is detected in a region by means of the sensor.
  • the subpixels are operated such that an area is illuminated by means of light, which has a
  • light with a dominant color content has a particularly high intensity in a non-white wavelength range, so that the light has a non-white color location.
  • the light with the dominant color component has a red, green or blue color location. For example, by means of the illumination of a region with light which has a dominant color component, this color component in the region can be increased.
  • Color fractions are less present within a range, be increased by means of the illumination device.
  • weakly present color components in the field of view in individual areas are increased by means of such a method, so that a particularly homogeneous color impression is produced within the field of view.
  • Process step A by means of the sensor taken a first image of the field of view, wherein the field of view is not or not at full power of the illumination device
  • the first image is recorded with a particularly long integration time of, for example, at least 0.5 seconds.
  • the first image is exposed with a maximum of 70, preferably a maximum of 50 percent, of the maximum illuminance of the illumination device, while the first image is recorded by means of the sensor.
  • the first actual values of the regions of the field of view are determined on the basis of the first image
  • Actual values of the areas which are determined on the basis of the first image of the field of view include, for example, a brightness value and a color location of each area.
  • the actual values each comprise a brightness value averaged over the range and one via the
  • a second image is taken by means of the sensor, wherein the field of view is illuminated by means of the illumination device, so that the
  • Difference between second actual values of the second mapping and setpoints of the areas is minimized.
  • the same region of the object space is recorded as in the first image.
  • the field of view is illuminated by means of the illumination device.
  • Recording the second image has the field of view in the areas of second actual values, which can be detected by means of the sensor and to the drive device
  • the field of view during the recording of the second image is illuminated in such a way that the difference between actual values and desired values of each region is minimized.
  • the individual areas are illuminated by means of the illumination device such that the second actual values lie within the setpoint range.
  • such an operation of the illumination device allows a particularly efficient illumination of the field of view, with all areas being optimally illuminated
  • Optimal illumination is achieved, for example, when the sensor has no
  • Process step A illuminates the field of view with electromagnetic radiation in the infrared wavelength range, and in the infrared wavelength range, the field of view on a Infrared detector shown.
  • Wavelength range the first actual values of the areas of the field of view determined. For example, the
  • Infrared detector is a detector separate from the sensor, on which by means of another imaging optics
  • the field of view can be illuminated with infrared radiation, wherein, for example, all areas coincide with
  • Infrared radiation to be illuminated.
  • all areas of a common infrared radiation to be illuminated.
  • Infrared radiation-emitting component is not separately adjustable.
  • Wavelength range determines the first actual values, wherein the actual value of each area has an intensity value in
  • infrared wavelength range For example, during normal operation of the illumination device, regions whose first actual value has a particularly high intensity in the infrared wavelength range are
  • Illuminance in the visible wavelength range and / or selectively illuminated with light of a warm white color location can be specifically illuminated.
  • an actual value comprises an actual brightness and an actual color location, and a desired value a desired brightness and / or a desired color location.
  • an actual value additionally comprises one
  • the method steps B and C are performed several times in succession, so that the difference between the actual values and the setpoint values is reduced each time an image is taken.
  • Lighting device to be operated particularly efficient.
  • FIGS. 3, 4A and 4B show exemplary embodiments of a light-emitting device.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a lateral plane of a semiconductor component 10 of a lighting device 1 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the semiconductor component 10 comprises four pixels 100, each with a subpixel of the first type 101, a second type of subpixel 102, a
  • Subpixels third type 103 and a subpixel fourth type 104 are formed.
  • Semiconductor device 10 are in the lateral plane at the nodes of a regular rectangular grid
  • the subpixels 101, 102, 103, 104 of all pixels 100 are in the lateral plane next to each other at the nodes of a regular rectangular grid
  • each subpixel 101, 102, 103, 104 of a pixel 100 are arranged adjacent to one another. Adjacent to each other in this context means that no further subpixels 101, 102, 103, 104 of another pixel 100 are arranged in the lateral plane between two mutually adjacent subpixels 101, 102, 103, 104 of a pixel 100.
  • Each subpixel 101, 102, 103, 104 comprises an active zone, which is adapted to electromagnetic radiation, in particular light, during normal operation
  • subpixels can be controlled separately.
  • subpixels can be controlled separately.
  • different types 101, 102, 103, 104 configured to generate light of a different color location and to emit in a direction transverse to the lateral plane.
  • subpixels of the first type 101 are arranged to To emit light of a warm white color location.
  • subpixels of the second type 102 are adapted to emit light of a cold white color location.
  • Subpixels of third type 103 are adapted to emit light in the red wavelength range.
  • subpixels of the fourth type 104 are configured to emit light in the blue
  • Wavelength range to emit For example, a pixel 100 in lateral directions has a minimum lateral extent of 100 ym, in particular 140 ym.
  • FIG. 2A shows a schematic sectional illustration of a light-emitting semiconductor component 10 which
  • the light-emitting comprises
  • Semiconductor device 10 a plurality of pixels 100, which are individually electrically connected to the drive circuit 60.
  • the pixels 100 are operable separately from each other by means of the drive circuit 60.
  • each pixel 100 comprises at least one subpixel of the first type 101 and a second type of subpixel 102, wherein subpixels of different types of a pixel 100 can be driven separately from one another by means of the drive circuit 60.
  • the drive circuit 60 is, for example, on
  • the drive circuit 60 is an integrated one
  • FIG. 2B shows a schematic sectional illustration of a light-emitting semiconductor component 10, a
  • Subcarrier 61 and a drive circuit 60 are included in Subcarrier 61 and a drive circuit 60.
  • Semiconductor device 10 includes a subpixel of the first type 101, a subpixel of the second kind 102 and a subpixel of the third kind 103.
  • the subpixels are separated by means of
  • Subpixels 101, 102 and 103 are part of a pixel 100 of a semiconductor light emitting device 10
  • Light-emitting semiconductor device 10 is by means of
  • Subcarrier 61 mechanically and electrically connected to the drive circuit 60.
  • the intermediate carrier 61 comprises a rewiring structure 611, by means of which the electrical contacts of the individual subpixels 101, 102 and 103 are electrically conductively connected to the drive circuit 60.
  • each subpixel 101, 102, 103 has a ground contact G, which is connected to the drive circuit 60 via a common electrical line of the rewiring structure 611.
  • FIG. 2C shows a schematic sectional illustration of a light-emitting semiconductor component 10 and a drive circuit 60 described here.
  • the light-emitting semiconductor component 10 comprises a first-type subpixel 101, a second-type subpixel 102, and a third-type subpixel 103. Each subpixel is associated with a first
  • the subpixels are respectively energized via the first conductive region 1100 and via the second conductive region 1200, so that light is generated in the active zone 1300.
  • the subpixels 101, 102, 103 emit light L during normal operation by the Drive circuit 50 side facing away.
  • the individual subpixels 101, 102, 103 are for example in a common
  • Produced manufacturing process and have a same material composition and a same layer structure.
  • light L of the same color locus is generated in the active zones 1300 of subpixels of different types 101, 102, 103.
  • the light emitting semiconductor device 10 is mechanically fixedly connected to the drive circuit 60.
  • the drive circuit 60 is provided with a semiconductor material
  • Soldering associated with the light-emitting semiconductor device 10 are solddering associated with the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are soldered to the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are soldered to the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are soldered to the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are soldered to the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are soldered to the drive circuit 60 and the semiconductor light-emitting device 10 are solddering associated with the light-emitting semiconductor device 10.
  • Drive circuit 60 comprises a plurality of transistors 600, by means of which the individual subpixels of the
  • each subpixel 101, 102, 103 is electrically conductively connected to a transistor 600 via a first contact 601.
  • the drive circuit 60 has a second contact 602, by means of which all subpixels of the light emitting semiconductor component 10 are contacted in an electrically conductive manner.
  • Conversion elements 110, 120, 130 arranged.
  • the subpixel of the first type 101 is arranged downstream of the first conversion element 110 in the emission direction, the subpixel second type 102 in the emission a second
  • Conversion element 120 downstream and downstream of the subpixel third type in the emission direction, a third conversion element 130.
  • the conversion elements 110, 120, 130 are configured to at least partially convert the light L of each subpixel generated in the active zone 1300 into light L of a different wavelength range.
  • Conversion elements configured to convert light generated in the subpixels of different types 101, 102, 103 into light of different wavelength ranges.
  • the first conductive region 1100, the second conductive region 1200 and the active zone 1300 of different subpixels are completely severed by means of isolation trenches 800.
  • the separation trenches by means of a
  • FIG. 2D shows the sectional view of a
  • the conductive region of the first kind 1100, the conductive region of the second type 1200 and the active zone 1300 are not severed by a separation trench 800.
  • several sub-pixels of different types 101, 102, 103 are formed with an active zone 1300, which is not severed.
  • the lateral extent of a subpixel is determined by means of the lateral extent of the first contact structure 601 and the lateral extent of the conversion element downstream of the respective subpixel
  • first conversion elements 110, second conversion elements 120, and / or third conversion elements 130 have a thickness D of at least 60 ym and a maximum of 100 ym perpendicular to the lateral plane.
  • the light L is in the
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a lighting device 1 described here
  • Lighting device 1 comprises a semiconductor light-emitting device 10, a drive circuit 60, a sensor 70, an optical device 700, and an optical element 50. During normal operation, the light-emitting semiconductor device 10 emits light L.
  • the light-emitting semiconductor device 10 emits light L.
  • Direction of the light L is the semiconductor device 10, the optical element 50 downstream, by means of which the
  • the optical element 50 is configured to emit light from
  • Subpixels of different types 101, 102, 103, 104 of a pixel 100 in an equal area B of the field of view S to direct.
  • the optical element 50 is arranged to direct light L of at least one pixel 100 into each region B. By selectively operating individual pixels 100, individual regions B of the field of view S can be illuminated.
  • the color location and the brightness of the light L with which a single area B is illuminated can be adjusted.
  • a region B of the field of view S is illuminated with mixed light of the subpixels 101, 102, 103, 104 of a pixel 100.
  • the field of view S is a region in an object space, which is imaged on the sensor 70 by means of the optical device 700.
  • the sensor 70 is for example a CCD or a CMOS sensor. In normal operation, the sensor 70 transmits data of the image of the field of view S to the drive circuit 60, so that the light-emitting
  • Semiconductor device 10 in response to the determined by the sensor 70 data is operable.
  • the areas B can be separated from each other by means of light L of a predeterminable color locus and a
  • the pixels 100 are in a normal operation with a
  • the color location and / or intensity of the light L with which a region B is illuminated are dependent on the color locus detected by the sensor 70 and / or the brightness detected by the sensor 70
  • Adjusted area B For example, the
  • Illuminance by means of the illumination device 1 in a region B is greater, the lower the brightness of this region B detected by means of the sensor 70 is.
  • the color locus of a region B is detected by means of the sensor 70, and this region B is detected by means of the illumination device 1 with light L within one
  • a red, green and blue color component of the color locus of a region B is detected by means of the sensor 70, wherein by means of the illumination device 1 this region with light L in red, green and / or blue
  • Wavelength range illuminated for example, the illuminance with light L of a wavelength range of the illumination device in a region B is greater, the lower the detected by means of the sensor 70
  • the current with which the individual subpixels of the light emitting semiconductor component 10 are operated is adapted in a plurality of method steps.
  • a first image AI of the field of view S is recorded in a method step A by means of the sensor 70, wherein the field of view S is not or not at full power of
  • Illuminating device 1 is illuminated. In one
  • Method step B are determined based on the first map AI first actual values II of the areas B of the field of view and the areas B are set values SO.
  • Actual value I includes an actual brightness and / or an actual color location.
  • a setpoint SO comprises a desired brightness SH and / or a desired color location SF.
  • a second image A2 is produced by means of the sensor 70
  • Illuminating device 1 is illuminated.
  • the field of view S is illuminated such that the difference between second actual values 12 of the second map A2 and setpoint values SO of the areas B is minimized.
  • Lighting device 1 operated such that the
  • FIG. 4A shows a schematic view of a
  • Lighting device 1 wherein the lighting device 1, in contrast to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3, additionally has an infrared sensor 75 and an infrared radiation-emitting component 15. During normal operation of the infrared radiation-emitting component 15, this component emits
  • the electromagnetic radiation LI in a wavelength range between 700 and 1500 nm.
  • the emitted infrared radiation LI is directed by means of an optical element 50 to the field of view S.
  • the infrared radiation-emitting component 15 may be the same optical element 50 or another
  • optical element 50 such as the light-emitting
  • Semiconductor device 10 to be arranged downstream. In particular, all areas B of the field of view S are illuminated simultaneously by means of the infrared radiation-emitting component 15.
  • the field of view S is imaged on the infrared sensor 75 by means of a further optical device 750.
  • Illuminated wavelength range and the field of view S is imaged in the infrared wavelength range on the infrared detector 75.
  • a first image AI of the field of view is recorded.
  • FIG. 4B shows the illumination device from FIG. 4A, the first actual values II of the regions B of the field of view S being determined in method step B on the basis of the first image in the infrared wavelength range which was recorded in method step A. Next was in the
  • a second image A2 is recorded by means of the sensor 70, wherein the field of view S is illuminated by means of the light-emitting semiconductor component 10, so that the difference between the second
  • the light emitting semiconductor device 10 is operated depending on the data obtained from imaging in the infrared wavelength region.
  • the illumination device 1 can be operated on the basis of the imaging in the infrared wavelength range, so that the actual values I of the areas B are particularly close to the desired values SO when taking a subsequent image or with the desired values

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Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinrichtung (1) angegeben mit zumindest einem zur Erzeugung von Licht (L) vorgesehenen Halbleiterbauelement (10) und einer Ansteuerschaltung (60), bei der - im Betrieb des Halbleiterbauelements (10) abgestrahltes Licht (L) ein Sichtfeld (S) beleuchtet, - das Sichtfeld (S) in eine Vielzahl von Bereichen (B) unterteilt ist, - das Halbleiterbauelement (10) eine Vielzahl von Pixeln (100) aufweist, die jeweils zur Beleuchtung eines Bereichs (B) des Sichtfelds (S) vorgesehen sind, - die Pixel (100) jeweils zumindest einen Subpixel erster Art (101) und einen Subpixel zweiter Art (102) aufweisen, wobei der Subpixel erster Art (101) dazu eingerichtet ist, Licht (L) eines weißen Farborts zu emittieren und der Subpixel zweiter Art (101) dazu eingerichtet ist, Licht (L) eines nicht-weißen Farborts zu emittieren.

Description

Beschreibung
BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER
BELEUCHTUNGSEINRICHTUNG
Es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben einer
Beleuchtungseinrichtung angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, die eine verbesserte
Effizienz aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen
Beleuchtungseinrichtung anzugeben .
Es wird eine Beleuchtungseinrichtung mit zumindest einem zur Erzeugung von Licht vorgesehenem Halbleiterbauelement
angegeben. Beispielsweise weist das Halbleiterbauelement eine aktive Zone auf, in welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauelements Licht erzeugt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Beleuchtungseinrichtung um ein
Blitzlicht. Insbesondere wird im bestimmungsgemäßen Betrieb in dem Halbleiterbauelement Licht in einem
Wellenlängenbereich zwischen Infrarot- und UV-Strahlung erzeugt. Beispielsweise weist das Halbleiterbauelement eine Emissionsfläche auf, durch welche im bestimmungsgemäßen
Betrieb ein Großteil des emittierten Lichts austritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Beleuchtungseinrichtung eine Ansteuerschaltung. Die
Ansteuerschaltung ist elektrisch leitend mit dem
Halbleiterbauelement verbunden und ist dazu eingerichtet, das Halbleiterbauelement anzusteuern und zu betreiben. Zum Beispiel sind die Ansteuerschaltung und das
Halbleiterbauelement mechanisch fest über eine
Stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden.
Beispielsweise sind das Halbleiterbauelement und die
Ansteuerschaltung mittels einer Lotverbindung miteinander verbunden. Die Ansteuerschaltung kann beispielsweise auf einer der Emissionsfläche abgewandten Seite des
Halbleiterbauelements angeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung beleuchtet im Betrieb des
Halbleiterbauelements abgestrahltes Licht ein Sichtfeld. Beispielsweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung den Sensor, oder die Beleuchtungseinrichtung ist Teil einer Kamera, welche den Sensor umfasst. Das Sichtfeld ist beispielsweise eine Region in einem Objektraum, welche auf dem Sensor abgebildet wird. Insbesondere wird ausschließlich das gesamte Sichtfeld auf dem Sensor abgebildet. Das
Sichtfeld kann in einem Abstandsbereich zwischen
einschließlich 1 m und einschließlich 30 m, insbesondere in einem Abstandsbereich zwischen einschließlich 0,5 m und einschließlich 10 m, von der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sichtfeld in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt. Beispielsweise ist das Sichtfeld in mehrere rechteckige, insbesondere
quadratische, Bereiche unterteilt. Beispielsweise ist das Sichtfeld in rechteckige Bereiche unterteilt, die an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters
nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere ist jeder Punkt des Sichtfeldes zumindest einem Bereich zugeordnet. Die Bereiche können einander teilweise überlappen, so dass ein Punkt des Sichtfeldes mehreren Bereichen zugeordnet sein kann .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauelement eine Vielzahl von Pixeln auf, die jeweils zur Beleuchtung eines Bereichs des Sichtfeldes vorgesehen sind. Beispielsweise sind mehrere Pixel einem Bereich zugeordnet, so dass ein Bereich mittels des Lichts mehrerer Pixel beleuchtbar ist. Insbesondere ist jeder
Bereich mittels zumindest einem Pixel beleuchtbar.
Die Pixel des Halbleiterbauelements können separat
voneinander betrieben werden. Beispielsweise kann die
Helligkeit und/oder der Farbort des emittierten Lichts eines Pixels separat von anderen Pixeln vorgegeben werden. Die Pixel sind in einer lateralen Ebene, welche parallel zur Emissionsfläche des Halbleiterbauelements verläuft,
nebeneinander angeordnet. Beispielsweise sind die Pixel entlang den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters in der lateralen Ebene nebeneinander angeordnet.
Beispielsweise ist jeder Pixel mit einem Halbleiterchip gebildet, wobei jeder Halbleiterchip in einem separaten
Herstellungsprozess hergestellt sein kann.
Alternativ umfasst ein Halbleiterchip eine Vielzahl von
Pixeln, die in einem gemeinsamen Herstellungsprozess
hergestellt sind. Beispielsweise sind die Pixel mit
Halbleiterschichten gebildet, welche mittels eines
gemeinsamen Epitaxieverfahrens hergestellt sind. Die laterale Ausdehnung eines einzelnen Pixels wird beispielsweise mittels Gräben begrenzt, welche zumindest eine der
Halbleiterschichten durchtrennen. Die Gräben können beispielsweise mittels eines lithographischen Verfahrens hergestellt sein. Alternativ weisen die Pixel durchgehende Halbleiterschichten auf, wobei die Ausdehnung der einzelnen Pixel in lateraler Richtung durch die laterale Ausdehnung von Kontaktstrukturen, über welche die Pixel bestromt werden, definiert ist.
Weiter ist es möglich, dass jeder Pixel zwei oder mehr
Halbleiterchips umfasst, wobei jeder Halbleiterchip einen Subpixel des Pixels bildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Pixel jeweils zumindest einen Subpixel erster Art und einen
Subpixel zweiter Art auf. Die Subpixel sind in der lateralen Ebene nebeneinander angeordnet. Insbesondere sind Subpixel eines Pixels benachbart zueinander angeordnet. „Benachbart zueinander" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in
lateraler Richtung zwischen benachbarten Subpixeln eines Pixels keine weiteren Subpixel eines anderen Pixels
angeordnet sind.
Die Subpixel sind dazu eingerichtet, separat voneinander angesteuert zu werden. Insbesondere können einzelne Subpixel mittels der Ansteuerschaltung separat angesteuert und
betrieben werden. Beispielsweise ist die Intensität des emittierten Lichts eines Subpixels separat von der Intensität des emittierten Lichts weiterer Subpixel einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Subpixel erster Art dazu eingerichtet, Licht eines weißen Farbortes zu emittieren und der Subpixel zweiter Art dazu eingerichtet, Licht eines nicht weißen Farbortes zu emittieren.
Beispielsweise ist der Subpixel erster Art dazu eingerichtet, Licht eines warmweißen oder kaltweißen Farbortes zu emittieren. Warmweißes Licht weist eine Farbtemperatur von maximal 3300 Kelvin auf und kaltweißes Licht weist eine
Farbtemperatur von mindestens 3300 Kelvin auf. Der Subpixel zweiter Art kann dazu eingerichtet sein Licht eines roten, grünen oder blauen Farbortes zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Beleuchtungseinrichtung ein zur Erzeugung von Licht
vorgesehenes Halbleiterbauelement und eine Ansteuerschaltung, wobei im Betrieb des Halbleiterbauelements abgestrahltes Licht ein Sichtfeld beleuchtet, das Sichtfeld in eine
Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, das
Halbleiterbauelement eine Vielzahl von Pixeln aufweist, die jeweils zur Beleuchtung eines Bereichs des Sichtfelds
vorgesehen sind, die Pixel jeweils zumindest einen Subpixel erster Art und einen Subpixel zweiter Art aufweisen, wobei der Subpixel erster Art dazu eingerichtet ist Licht eines weißen Farbortes zu emittieren und der Subpixel zweiter Art dazu eingerichtet ist Licht eines nicht-weißen Farbortes zu emittieren .
Einer hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Zur
Beleuchtung eines Sichtfeldes im Objektraum wird ein
lichtemittierendes Bauelement verwendet, welches dazu
eingerichtet ist, das gesamte Sichtfeld mit Licht zu
beleuchten. Insbesondere wird mittels der
Beleuchtungseinrichtung das gesamte Sichtfeld mit Licht eines gemeinsamen Wellenlängenbereichs und einer homogenen
Intensität beleuchtet. Die hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, das Sichtfeld in mehrere
Bereiche zu unterteilen, die mittels der
Beleuchtungseinrichtung jeweils unabhängig voneinander beleuchtbar sind. Insbesondere ist die
Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet, die einzelnen Bereiche mittels Lichts unterschiedlicher Pixel separat voneinander zu beleuchten. Mittels der Subpixel eines jeden Pixels sind der Farbort und die Intensität des emittierten Lichts eines jeden Pixels separat einstellbar, sodass die separat voneinander mit Licht eines vorgebbaren Farbortes und einer vorgebbaren Helligkeit beleuchtbar sind.
Vorteilhafterweise kann mittels der Beleuchtungseinrichtung die Helligkeit und der Farbort einzelner Bereiche in einem Sichtfeld angepasst werden, sodass das Sichtfeld eine
optimale Beleuchtung aufweist um mittels des Sensors einer Kamera erfasst zu werden. Insbesondere können mittels der Beleuchtungseinrichtung einzelne Bereiche durch Anpassung der Beleuchtungsstärke und des Farbortes im Sichtfeld
hervorgehoben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung sind die Pixel in einer lateralen Ebene in einer zweidimensionalen Matrixanordnung angeordnet. Beispielsweise sind die Pixel an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters in der lateralen Ebene
nebeneinander angeordnet. Insbesondere sind die Subpixel in der gleichen lateralen Ebene nebeneinander angeordnet.
Beispielsweise sind die Pixel in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet, deren Seitenverhältnis dem
Seitenverhältnis des Sichtfeldes entspricht.
Vorteilhafterweise sind die Pixel des Halbleiterbauelements besonders platzsparend angeordnet, so dass die
Beleuchtungseinrichtung eine besonders kompakte Bauform aufweist. Darüber hinaus kann das von den Pixeln emittierte Licht besonders effizient in einzelne Bereiche im Sichtfeld gelenkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst das Halbleiterbauelement maximal 128 Pixel. Insbesondere umfasst das
Halbleiterbauelement maximal eine Anzahl von 100 Pixeln.
Jeder Pixel, insbesondere jeder Subpixel, weist zumindest einen elektrischen Kontakt auf, über den dieser Pixel, insbesondere Subpixel, einzeln elektrisch ansteuerbar ist.
Vorteilhafterweise weist ein Halbleiterbauelement mit einer derart vorgegebenen maximalen Anzahl von Pixeln eine
vereinfachte Ansteuerbarkeit auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist ein Pixel in einer lateralen Richtung eine minimale laterale Ausdehnung von 100 ym auf.
Insbesondere weist ein Pixel in einer lateralen Richtung eine minimale laterale Ausdehnung von 140 ym auf.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine derart große laterale Ausdehnung einzelner Pixel eine besonders hohe
Beleuchtungsstärke einzelner Bereiche des Sichtfeldes.
Insbesondere wird in lateraler Richtung die Fläche des lichtemittierenden Halbleiterbauelements besonders effizient genutzt, da Bereiche, in denen unterschiedliche Pixel aneinander grenzen, minimiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung sind Subpixel unterschiedlicher Art mittels unterschiedlicher Halbleitermaterialien gebildet. Beispielsweise sind die Subpixel unterschiedlicher Art separat voneinander mittels unterschiedlicher
Herstellungsprozesse hergestellt. Beispielsweise wird in den aktiven Zonen der Subpixel jeweils elektromagnetische
Strahlung eines Farborts erzeugt, welcher im
bestimmungsgemäßen Betrieb von dem jeweiligen Subpixel emittiert werden soll. Vorteilhafterweise wird dabei auf ein Konversionsmittel, welches in der aktiven Zone erzeugtes Licht in Licht einer anderen Wellenlänge konvertiert, verzichtet, so dass das Halbleiterbauelement besonders effizient elektromagnetische Strahlung emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weisen Subpixel unterschiedlicher Art unterschiedliche Konversionselemente auf und sind mit einem gleichen Halbleitermaterial gebildet. Beispielsweise sind die Subpixel unterschiedlicher Art in einem gemeinsamen
Herstellungsprozess hergestellt, so dass in der aktiven Zone eines jeden Subpixels Licht eines gleichen Farbortes erzeugt wird. Subpixel unterschiedlicher Art können unterschiedliche Konversionselemente nachgeordnet sein, so dass das in den aktiven Zonen erzeugte Licht auf das dem jeweiligen Subpixel zugeordnete Konversionselement trifft und zumindest einen Teil des erzeugten Lichts in Licht eines anderen
Wellenlängenbereichs umwandelt. Insbesondere wird mittels unterschiedlicher Konversionselemente das in dem Subpixel erzeugte Licht in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umgewandelt. Vorteilhafterweise weisen die Subpixel, welche mit einem gleichen Halbleitermaterial gebildet sind,
besonders ähnliche elektrooptische Eigenschaften auf, so dass diese besonders vereinfacht ansteuerbar sind. Weiter können die Subpixel, welche mit einem gleichen Halbleitermaterial gebildet sind, besonders nah nebeneinander angeordnet sein, sodass in lateraler Richtung die Fläche des
Halbleiterbauelements besonders effizient genutzt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weisen die Konversionselemente senkrecht zur lateralen Ebene eine Dicke von zumindest 60 ym und von maximal 100 ym auf. Bevorzugt weisen die
Konversionselemente eine Dicke von zumindest 70 ym und maximal 80 ym auf. Beispielsweise wird das in den aktiven Zonen erzeugte Licht zumindest teilweise beim Durchlaufen der Konversionselemente gestreut, so dass mittels der
Konversionselemente für einen Betrachter des
Konversionselements das Kontrastverhältnis zwischen
benachbarten Subpixeln reduziert wird. Vorteilhafterweise ermöglicht ein streuendes Konversionselement eine verbesserte Durchmischung des Lichts, welches von Subpixeln eines Pixels emittiert wird. Weiter führen die streuenden
Konversionselemente zu einem fließenderen Übergang der
Beleuchtungsstärke und des Farbortes benachbarter Pixel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Pixel einen Subpixel dritter Art und einen Subpixel vierter Art, wobei der
Subpixel dritter Art dazu eingerichtet ist,
elektromagnetische Strahlung eines weiteren weißen Farbortes zu emittieren, und der Subpixel vierter Art dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung eines weiteren, nicht weißen Farbortes zu emittieren. Beispielsweise ist der weitere weiße Farbort nicht der gleiche Farbort wie der weiße Farbort. Insbesondere handelt es sich bei dem weißen Farbort um einen warmweißen Farbort und bei dem weiteren weißen
Farbort um einen kaltweißen Farbort. Beispielsweise sind der nicht weiße Farbort und der weitere nicht weiße Farbort unterschiedliche Farborte. Insbesondere ist der nicht weiße Farbort ein Farbort im roten Wellenlängenbereich und der weitere nicht weiße Farbort ein Farbort im blauen
Wellenlängenbereich .
Beispielsweise emittiert ein Pixel Mischlicht des Subpixels erster Art, des Subpixels zweiter Art, des Subpixels dritter Art und/oder des Subpixels vierter Art emittiert.
Vorteilhafterweise kann mittels der Subpixel
unterschiedlicher Art, welche einem Pixel zugeordnet sind,
Mischlicht eines vorgebbaren Farbortes und einer vorgebbaren Intensität emittiert werden. Insbesondere wird das Licht unterschiedlicher Pixel in dem Sichtfeld in unterschiedliche Bereiche gelenkt. Insbesondere wird das Licht von Subpixeln eines gemeinsamen Pixels als Mischlicht in einen gemeinsamen Bereich des Sichtfeldes gelenkt. Vorteilhafterweise kann das Sichtfeld mittels der weißen und der weiteren weißen Subpixel mittels warmweißem beziehungsweise kaltweißem Licht
beleuchtet werden. Darüber hinaus können mittels der Pixel, welche Licht eines nicht weißen Farbortes emittieren, einzelne Farbtöne in Bereichen des Sichtfelds hervorgehoben werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung unterscheidet sich eine mittels der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsstärke in zueinander benachbarten Bereichen maximal um den Faktor 1,5. Bevorzugt unterscheidet sich eine mittels der
Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsstärke in zueinander benachbarten Bereichen maximal um den Faktor 1,2. Beispielsweise weisen die Pixel streuende Konversionselemente und/oder lichtstreuende Elemente auf, welche das von Pixeln emittierte Licht streuen. Vorteilhafterweise wirken benachbarte Bereiche homogen ausgeleuchtet und weisen bei einem Übergang von einem zu einem anderen Bereich keine sprunghafte Veränderung des Farbortes und/oder der Helligkeit auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist zwischen dem Halbleiterbauelement und der Ansteuerschaltung ein Zwischenträger angeordnet, über den das Halbleiterbauelement mit der Ansteuerschaltung elektrisch verbunden ist. Beispielsweise umfasst der
Zwischenträger elektrische Kontakte und Leiterbahnen, über welche die Ansteuerschaltung und Halbleiterbauelement
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Insbesondere dient der Zwischenträger als mechanisch tragende Komponente. Vorteilhafterweise können das Halbleiterbauelement und die
Ansteuerschaltung separat voneinander gefertigt sein und vor der mechanischen und elektrischen Verbindung separat getestet werden. Somit wird bei der Herstellung die Ausbeute
defektfreier Beleuchtungseinrichtungen erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst die Beleuchtungseinrichtung ein optisches Element, wobei das optische Element Licht von Subpixeln unterschiedlicher Art eines Pixels in einen
gleichen Bereich des Sichtfeldes lenkt, und das optische Element in jeden Bereich Licht von zumindest einem Pixel lenkt. Die einzelnen Bereiche des Sichtfeldes können
beispielsweise separat voneinander mittels Betreibens
einzelner Pixel beleuchtet werden. Beispielsweise wird der zu beleuchtende Bereich mit Mischlicht der einzelnen Subpixel beleuchtet, so dass der Farbort und die Beleuchtungsstärke des Lichts, mit dem die einzelnen Bereiche beleuchtet werden, mittels separaten Betreibens der Subpixel einstellbar sind. Vorteilhafterweise ermöglicht das separate Betreiben
einzelner Subpixel das Einstellen des Farborts und/oder der Beleuchtungsstärke in jedem Bereich und das separate
Betreiben einzelner Pixel das Beleuchten einzelner Bereiche im Sichtfeld.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer
Beleuchtungseinrichtung angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere eine hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung betrieben werden. Das heißt, sämtliche für die
Beleuchtungseinrichtung offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Beleuchtungseinrichtung werden die Bereiche separat voneinander mittels Licht eines vorgebbaren Farbortes und einer vorgebbaren Helligkeit beleuchtet. Die Bereiche können insbesondere gleichzeitig mit Licht unterschiedlicher Helligkeit und/oder eines unterschiedlichen Farbortes
beleuchtet werden. Beispielsweise werden die Pixel der
Beleuchtungseinrichtung separat voneinander betrieben, so dass einzelne Bereiche des Sichtfeldes mit einer vorgebbaren Beleuchtungsstärkte beleuchtet werden. Insbesondere werden einzelne Subpixel der Beleuchtungseinrichtung separat
voneinander betrieben, so dass der Farbort des Lichts, mit dem die einzelnen Bereiche beleuchtet werden, einstellbar ist. Vorteilhafterweise werden mittels einer derartigen
Beleuchtung einzelne Bereiche im Sichtfeld gegenüber anderen Bereichen mittels einer erhöhten Helligkeit oder einer farblich akzentuierten Beleuchtung hervorgehoben. Alternativ können Bereiche, welche relativ zu anderen Bereichen eine geringere Helligkeit oder einen unterschiedlichen Farbort aufweisen, mittels der Beleuchtung an die anderen Bereiche angeglichen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung werden die Pixel mit einer Stromdichte von zumindest 10 mA/mm2 betrieben, wobei der Strom nicht gepulst ist. Beispielsweise werden die Pixel mit einer Stromdichte betrieben, welche zu einer Erwärmung des Halbleiterbauelements führt. Insbesondere ist die in Wärme umgewandelte elektrische Energie in einem Pixel größer als die Wärme, welche im Betrieb des Halbleiterbauelements abgeleitet werden kann. Somit können die Pixel des
Halbleiterbauelements nur für eine vorgegebene Zeitspanne betrieben werden, ohne dass das Halbleiterbauelement eine bestimmungsgemäße Betriebstemperatur übersteigt.
Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement bei dem
bestimmungsgemäßen Betrieb aller Pixel maximal eine Sekunde, insbesondere maximal 0,5 Sekunden, betrieben werden, ohne dass die bestimmungsgemäße Betriebstemperatur überstiegen wird. Insbesondere ist die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet, als Blitzlicht betrieben zu werden, wobei die einzelnen Pixel mit einer Stromdichte von zumindest 10 mA/mm2 betrieben werden. Beispielsweise ist der Strom mit dem die Pixel des
Halbleiterbauelements betrieben werden nicht gepulst.
Insbesondere wird das Halbleiterbauelement nicht mittels eines pulsweitenmodulierten (abgekürzt: PWM) Signals
angesteuert. Insbesondere werden die Pixel mit einem Strom betrieben, dessen Modulationsfrequenz maximal 10 Hertz, bevorzugt maximal 3 Hertz, beträgt. In diesem Zusammenhang bedeutet „nicht gepulst", dass der Strom mit dem die Pixel betrieben werden, keine kontinuierliche Puls-Modulation aufweist. Vorteilhafterweise kann das Halbleiterbauelement mit besonders hohen Stromdichten betrieben werden, so dass eine besonders hohe Beleuchtungsstärke erreicht wird.
Insbesondere werden die Pixel mit einem kontinuierlichen Strom betrieben, so dass die Beleuchtungsstärke des
Sichtfeldes während einer Messung mittels eines Sensors nicht fluktuiert. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor um einen CCD-Chip oder einen CMOS-Chip handeln, welcher
zeilenweise ausgelesen wird. Vorteilhafterweise wird mittels der Beleuchtungseinrichtung das Sichtfeld mit einer
konstanten Beleuchtungsstärke beleuchtet, welche während des Auslesens der einzelnen Zeilen des Sensors nicht variiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Beleuchtungseinrichtung wird das Sichtfeld auf einem Sensor abgebildet, und Farbort und/oder Helligkeit des Lichts, mit dem ein Bereich beleuchtet wird, hängen von dem mittels des Sensors detektierten Farbort und/oder der mittels des Sensors detektierten Helligkeit dieses Bereichs ab.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Sensor um einen CCD- oder CMOS-Sensor, welcher dazu eingerichtet ist, Helligkeiten und Farborte zu messen. Mittels einer optischen Vorrichtung wird das Sichtfeld auf dem Sensor abgebildet. Der Sensor überträgt beispielsweise gemessene Helligkeits- und Farbwerte an die Ansteuerschaltung. Beispielsweise werden mittels der Ansteuerschaltung Farborte und/oder Helligkeiten einzelner Bereiche ermittelt. Insbesondere kann die Ansteuerschaltung die ermittelten Werte der Farborte und/oder Helligkeiten an einen externen Prozessor übertragen, welcher beispielsweise dazu eingerichtet ist Rechenoperationen durchzuführen.
Mittels des externen Prozessors können beispielsweise die Helligkeits- und/oder Farbwerte innerhalb einzelner Bereiche gemittelt werden oder die Differenzen von Helligkeits- und Farbwerten unterschiedlicher Bereiche berechnet werden. Die den Bereichen zugeordneten Pixel können anschließend abhängig von den ermittelten Werten der Farborte und/oder Helligkeiten mittels der Ansteuervorrichtung angesteuert werden.
Vorteilhafterweise wird mittels dieses Verfahrens der Betrieb der Beleuchtungseinrichtung auf das Sichtfeld angepasst, so dass einzelne Bereiche des Sichtfelds verstärkt mittels eines Lichts eines bestimmten Farborts oder einer bestimmten
Helligkeit beleuchtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung ist die
Beleuchtungsstärke mittels der Beleuchtungseinrichtung in einem Bereich umso größer, je geringer die mittels des
Sensors detektierte Helligkeit dieses Bereichs ist. Die
Bereiche können abhängig von der in diesen Bereichen
detektierten Helligkeit beleuchtet werden. Beispielsweise wird mittels des Betreibens der einem Bereich zugeordneten Pixel gezielt die Beleuchtungsstärke erhöht, sodass die
Beleuchtungsstärke umso größer ist, je geringer die in diesem Bereich gemessene Helligkeit ist. Insbesondere kann mittels des Erhöhens der Beleuchtungsstärke in einem Bereich die mittels des Sensors gemessene Helligkeit des Bereichs erhöht werden. Vorteilhafterweise können Bereiche mit geringer
Helligkeit separat beleuchtet werden, ohne Bereiche mit ausreichender Helligkeit zusätzlich zu beleuchten, sodass die Helligkeit im Sichtfeld insgesamt homogenisiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung wird mittels des
Sensors der Farbort eines Bereichs detektiert und mittels der Beleuchtungseinrichtung dieser Bereich mit Licht eines innerhalb eines Toleranzbereichs gleichen Farbortes beleuchtet. Beispielsweise weicht der gemittelte Farbort des Bereichs um höchstens ± 0,01 Cx und ± 0,01 Cy von dem Farbort des Lichts der Beleuchtungseinrichtung in diesem Bereich ab. Vorteilhafterweise werden mittels dieses Verfahrens bereits vorhandene Farbtöne im Sichtfeld hervorgehoben, so dass ein besonders intensiver Farbeindruck entsteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung wird mittels des Sensors ein roter, grüner und blauer Farbanteil des Farbortes eines Bereichs detektiert und mittels der
Beleuchtungseinrichtung dieser Bereich mit Licht im roten, grünen und/oder blauen Wellenlängenbereich beleuchtet, wobei die Beleuchtungsstärke mit Licht eines Wellenlängenbereichs der Beleuchtungseinrichtung in diesem Bereich umso größer ist, je geringer der mittels des Sensors detektierte
Farbanteil in diesem Bereich ist.
Beispielsweise werden die Subpixel des lichtemittierenden Halbleiterbauelements abhängig von dem Farbort, welcher in einem Bereich mittels des Sensors detektiert wird, betrieben. Insbesondere werden die Subpixel derart betrieben, dass ein Bereich mittels Licht beleuchtet wird, welches einen
dominanten Farbanteil aufweist. Dabei weist Licht mit einem dominanten Farbanteil eine besonders hohe Intensität in einem nicht weißen Wellenlängenbereich auf, sodass das Licht einen nicht weißen Farbort aufweist. Insbesondere weist das Licht mit dem dominanten Farbanteil einen roten, grünen oder blauen Farbort auf. Beispielsweise kann mittels der Beleuchtung eines Bereichs mit Licht, welches einen dominanten Farbanteil aufweist, dieser Farbanteil in dem Bereich erhöht werden. Somit können Farbanteile, welche relativ zu anderen
Farbanteilen innerhalb eines Bereichs weniger vorhanden sind, mittels der Beleuchtungseinrichtung erhöht werden.
Vorteilhafterweise werden mittels eines derartigen Verfahrens schwach vorhandene Farbanteile im Sichtfeld in einzelnen Bereichen erhöht, sodass ein besonders homogener Farbeindruck innerhalb des Sichtfeldes erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung wird in einem
Verfahrensschritt A mittels des Sensors eine erste Abbildung des Sichtfeldes aufgenommen, wobei das Sichtfeld nicht oder nicht mit voller Leistung der Beleuchtungseinrichtung
beleuchtet wird. Beispielsweise wird die erste Abbildung mit einer besonders langen Integrationszeit, von beispielsweise zumindest 0,5 Sekunden, aufgenommen. Insbesondere wird die erste Abbildung mit maximal 70, bevorzugt maximal 50 Prozent, der maximalen Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung belichtet, während mittels des Sensors die erste Abbildung aufgenommen wird. Weiter werden in einem Verfahrensschritt B anhand der ersten Abbildung erste Istwerte der Bereiche des Sichtfeldes
ermittelt und den Bereichen Sollwerte zugeordnet. Die
Istwerte der Bereiche, welche anhand der ersten Abbildung des Sichtfeldes ermittelt werden, umfassen beispielsweise einen Helligkeitswert und einen Farbort eines jeden Bereichs.
Insbesondere umfassen die Istwerte jeweils einen über den Bereich gemittelten Helligkeitswert und einen über den
Bereich gemittelten Farbort. Weiter werden den einzelnen Bereichen Sollwerte zugeordnet, welche jeweils einen
Helligkeitswert und einen Farbort umfassen. Insbesondere wird den Bereichen ein Sollwertebereich zugeordnet, welcher einen Wertebereich für die Helligkeit und den Farbort umfasst. In einem Verfahrensschritt C wird mittels des Sensors eine zweite Abbildung aufgenommen, wobei das Sichtfeld mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, so dass die
Differenz zwischen zweiten Istwerten der zweiten Abbildung und Sollwerten der Bereiche minimiert wird. Insbesondere wird bei der Aufnahme der zweiten Abbildung die gleiche Region des Objektraums wie bei der ersten Abbildung aufgenommen.
Während der Aufnahme der zweiten Abbildung wird das Sichtfeld mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet. Bei der
Aufnahme der zweiten Abbildung weist das Sichtfeld in den Bereichen zweite Istwerte auf, die mittels des Sensors erfasst werden können und an die Ansteuervorrichtung
übertragen werden können. Insbesondere wird das Sichtfeld während der Aufnahme der zweiten Abbildung derart beleuchtet, dass die Differenz zwischen Istwerten und Sollwerten eines jeden Bereichs minimiert wird.
Beispielsweise werden die einzelnen Bereiche mittels der Beleuchtungseinrichtung derart beleuchtet, dass die zweiten Istwerte innerhalb des Sollwertebereichs liegen.
Vorteilhafterweise ermöglicht ein derartiges Betreiben der Beleuchtungseinrichtung eine besonders effiziente Beleuchtung des Sichtfeldes, wobei alle Bereiche eine optimale
Ausleuchtung aufweisen. Eine optimale Ausleuchtung ist beispielsweise dann erreicht, wenn der Sensor keine
überbelichteten und keine unterbelichteten Bereiche aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung wird im
Verfahrensschritt A das Sichtfeld mit elektromagnetischer Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich beleuchtet, und im infraroten Wellenlängenbereich das Sichtfeld auf einem Infrarotdetektor abgebildet. Weiter werden im
Verfahrensschritt B anhand der Abbildung im infraroten
Wellenlängenbereich die ersten Istwerte der Bereiche des Sichtfeldes ermittelt. Beispielsweise ist der
Infrarotdetektor ein von dem Sensor separater Detektor, auf welchem mittels einer weiteren abbildenden Optik das
Sichtfeld abgebildet ist. Im Verfahrensschritt A kann das Sichtfeld mit Infrarotstrahlung beleuchtet werden, wobei beispielsweise alle Bereiche gleichzeitig mit
Infrarotstrahlung beleuchtet werden. Insbesondere werden alle Bereiche von einem gemeinsamen Infrarotstrahlung
emittierenden Bauteil beleuchtet, wobei die
Beleuchtungsstärke der einzelnen Bereiche mittels des
Infrarotstrahlung-emittierenden Bauteils nicht separat einstellbar ist.
Insbesondere werden anhand der Abbildung im infraroten
Wellenlängenbereich die ersten Istwerte ermittelt, wobei der Istwert eines jeden Bereichs einen Intensitätswert im
infraroten Wellenlängenbereich umfasst. Beispielsweise werden im bestimmungsgemäßen Betrieb der Beleuchtungseinrichtung Bereiche deren erster Istwert eine besonders hohe Intensität im infraroten Wellenlängenbereich aufweist im
Verfahrensschritt B mit einer besonders hohen
Beleuchtungsstärke im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder selektiv mit Licht eines warmweißen Farbortes beleuchtet. Vorteilhafterweise kann mittels eines derartigen Verfahrens beispielsweise ein Mensch innerhalb des Sichtfeldes gezielt beleuchtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Istwert eine Ist-Helligkeit und einen Ist-Farbort, und ein Sollwert eine Soll-Helligkeit und/oder einen Soll-Farbort.
Insbesondere umfasst ein Istwert zusätzlich einen
Intensitätswert im infraroten Wellenlängenbereich.
Beispielsweise werden die Verfahrensschritte B und C mehrfach hintereinander durchgeführt, so dass mit jedem Aufnehmen einer Abbildung die Differenz zwischen Ist- und Sollwerten reduziert wird. Insbesondere werden Bereiche, in denen eine Beleuchtung mittels der Beleuchtungseinrichtung keinen
Einfluss auf Istwerte hat oder nur einen geringen Einfluss auf Istwerte hat, bei der Aufnahme einer nächsten Abbildung nicht betrieben. Vorteilhafterweise kann somit die
Beleuchtungseinrichtung besonders effizient betrieben werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Beleuchtungseinrichtung und des
Verfahrens zum Betreiben der Beleuchtungseinrichtung ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen . Es zeigen die Figuren 1, 2A, 2B, 2C und 2D
Ausführungsbeispiele eines lichtemittierenden
Halbleiterbauelements einer hier beschriebenen
Beieuchtungseinrichtung . Es zeigen die Figuren 3, 4A und 4B Ausführungsbeispiele einer Beieuchtungseinrichtung .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine laterale Ebene eines Halbleiterbauelements 10 einer hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Das Halbleiterbauelement 10 umfasst vorliegend vier Pixel 100, die jeweils mit einem Subpixel erster Art 101, einem Subpixel zweiter Art 102, einem
Subpixel dritter Art 103 und einem Subpixel vierter Art 104 gebildet sind. Die Pixel 100 des lichtemittierenden
Halbleiterbauelements 10 sind in der lateralen Ebene an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters
nebeneinander angeordnet. Die Subpixel 101, 102, 103, 104 aller Pixel 100 sind in der lateralen Ebene nebeneinander an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters
angeordnet. Insbesondere sind die Subpixel 101, 102, 103, 104 eines Pixels 100 benachbart zueinander angeordnet. Benachbart zueinander angeordnet heißt in diesem Zusammenhang, dass zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Subpixeln 101, 102, 103, 104 eines Pixels 100 kein weiterer Subpixel 101, 102, 103, 104 eines anderen Pixels 100 in der lateralen Ebene angeordnet ist. Jeder Subpixel 101, 102, 103, 104 umfasst eine aktive Zone, welche dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, zu
erzeugen. Die einzelnen Subpixel können separat voneinander angesteuert werden. Insbesondere sind Subpixel
unterschiedlicher Art 101, 102, 103, 104 dazu eingerichtet Licht eines unterschiedlichen Farbortes zu erzeugen und in einer Richtung quer zur lateralen Ebene zu emittieren.
Insbesondere sind Subpixel erster Art 101 dazu eingerichtet, Licht eines warmweißen Farbortes zu emittieren. Insbesondere sind Subpixel zweiter Art 102 dazu eingerichtet Licht eines kaltweißen Farbortes zu emittieren. Insbesondere sind
Subpixel dritter Art 103 dazu eingerichtet, Licht im roten Wellenlängenbereich zu emittieren. Insbesondere sind Subpixel vierter Art 104 dazu eingerichtet, Licht im blauen
Wellenlängenbereich zu emittieren. Beispielsweise weist ein Pixel 100 in lateralen Richtungen eine minimale laterale Ausdehnung von 100 ym, insbesondere 140 ym, auf.
Die Figur 2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10, welches
elektrisch leitend mit einer Ansteuerschaltung 60 verbunden ist. Insbesondere umfasst das lichtemittierende
Halbleiterbauelement 10 eine Vielzahl von Pixeln 100, die einzeln elektrisch leitend mit der Ansteuerschaltung 60 verbunden sind. Beispielsweise sind die Pixel 100 separat voneinander mittels der Ansteuerschaltung 60 betreibbar.
Insbesondere umfasst jeder Pixel 100 zumindest einen Subpixel erster Art 101 und einen Subpixel zweiter Art 102, wobei Subpixel unterschiedlicher Art eines Pixels 100 separat voneinander mittels der Ansteuerschaltung 60 ansteuerbar sind. Die Ansteuerschaltung 60 ist beispielsweise ein
Halbleiterchip, welcher dazu eingerichtet ist, das
Halbleiterbauelement 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb
anzusteuern und zu bestromen. Insbesondere handelt es sich bei der Ansteuerschaltung 60 um einen integrierten
Schaltkreis (Englisch: Integrated Circuit). Die Figur 2B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10, eines
Zwischenträgers 61 und einer Ansteuerschaltung 60. Das
Halbleiterbauelement 10 umfasst einen Subpixel erster Art 101, einen Subpixel zweiter Art 102 und einen Subpixel dritter Art 103. Die Subpixel sind mittels separat
voneinander hergestellten Halbleiterstrukturen gebildet, welche dazu eingerichtet sind, jeweils Licht L
unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu erzeugen. Die
Subpixel 101, 102 und 103 sind Teil eines Pixels 100 eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils 10. Das
lichtemittierende Halbleiterbauteil 10 ist mittels des
Zwischenträgers 61 mit der Ansteuerschaltung 60 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Insbesondere umfasst der Zwischenträger 61 eine Umverdrahtungsstruktur 611, mittels der die elektrischen Kontakte der einzelnen Subpixel 101, 102 und 103 elektrisch leitend mit der Ansteuerschaltung 60 verbunden sind. Insbesondere weist jeder Subpixel 101, 102, 103 einen Ground-Kontakt G auf, welcher über eine gemeinsame elektrische Leitung der Umverdrahtungsstruktur 611 mit der Ansteuerschaltung 60 verbunden ist. Über einen weiteren
Kontakt K eines jeden Subpixels 101, 102, 103 sind diese jeweils separat voneinander betreibbar.
Die Figur 2C zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 und einer Ansteuerschaltung 60. Das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10 umfasst einen Subpixel erster Art 101, einen Subpixel zweiter Art 102 und einen Subpixel dritter Art 103. Jeder Subpixel ist mit einem ersten
leitenden Bereich 1100, einem zweiten leitenden Bereich 1200 und einer aktiven Zone 1300 gebildet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb werden die Subpixel jeweils über den ersten leitenden Bereich 1100 und über den zweiten leitenden Bereich 1200 bestromt, so dass in der aktiven Zone 1300 Licht erzeugt wird. Insbesondere emittieren die Subpixel 101, 102, 103 im bestimmungsgemäßen Betrieb Licht L durch die der Ansteuerschaltung 50 abgewandte Seite. Die einzelnen Subpixel 101, 102, 103 sind beispielsweise in einem gemeinsamen
Herstellungsverfahren hergestellt und weisen eine gleiche Materialzusammensetzung und einen gleichen Schichtaufbau auf. Insbesondere wird in den aktiven Zonen 1300 von Subpixeln unterschiedlicher Art 101, 102, 103 Licht L eines gleichen Farbortes erzeugt.
Das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10 ist mechanisch fest mit der Ansteuerschaltung 60 verbunden. Insbesondere ist die Ansteuerschaltung 60 mit einem Halbleitermaterial
gebildet und mittels eines Bondverfahrens oder eines
Lötverfahrens mit dem lichtemittierenden Halbleiterbauelement 10 verbunden. Beispielsweise sind die Ansteuerschaltung 60 und das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10
Stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass die Verbindung nur unter Zerstörung des Halbleiterbauelements 10 oder der Ansteuerschaltung 60 gelöst werden kann. Die
Ansteuerschaltung 60 weist eine Vielzahl von Transistoren 600 auf, mittels denen die einzelnen Subpixel des
lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 angesteuert werden können. Insbesondere ist jeder Subpixel 101, 102, 103 über einen ersten Kontakt 601 elektrisch leitend mit einem Transistor 600 verbunden. Weiter weist die Ansteuerschaltung 60 einen zweiten Kontakt 602 auf, mittels dem alle Subpixel des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 elektrisch leitend kontaktiert sind.
Auf der der Ansteuerschaltung 60 abgewandten Seite des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 sind
Konversionselemente 110, 120, 130 angeordnet. Insbesondere ist dem , Subpixel erster Art 101 in Abstrahlrichtung ein erstes Konversionselement 110 nachgeordnet, dem Subpixel zweiter Art 102 in Abstrahlrichtung ein zweites
Konversionselement 120 nachgeordnet und dem Subpixel dritter Art in Abstrahlrichtung ein drittes Konversionselement 130 nachgeordnet. Beispielsweise sind die Konversionselemente 110, 120, 130 dazu eingerichtet, das in der aktiven Zone 1300 erzeugte Licht L eines jeden Subpixels zumindest teilweise in Licht L eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Insbesondere sind erste, zweite und dritte
Konversionselemente dazu eingerichtet, in den Subpixeln unterschiedlicher Art 101, 102, 103 erzeugtes Licht in Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu konvertieren.
Der erste leitende Bereich 1100, der zweite leitende Bereich 1200 und die aktive Zone 1300 unterschiedlicher Subpixel sind mittels Trenngräben 800 vollständig durchtrennt.
Beispielsweise sind die Trenngräben mittels eines
lithographischen Verfahrens oder einer
Laserschneideverfahrens hergestellt . Die Figur 2D zeigt die Schnittansicht eines
lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 und einer
Ansteuerstruktur 60, wobei im Unterschied zu dem in Figur 2C gezeigten Ausführungsbeispiel der leitende Bereich erster Art 1100, der leitende Bereich zweiter Art 1200 und die aktive Zone 1300 nicht durch einen Trenngraben 800 durchtrennt sind. Insbesondere sind mehrere Subpixel unterschiedlicher Art 101, 102, 103 mit einer aktiven Zone 1300 gebildet, welche nicht durchtrennt ist. Beispielsweise wird die laterale Ausdehnung eines Subpixels mittels der lateralen Ausdehnung der ersten Kontaktstruktur 601 und der lateralen Ausdehnung des dem jeweiligen Subpixel nachgeordneten Konversionselement
definiert. Insbesondere sind Subpixel unterschiedlicher Art mit einem gleichen Halbleitermaterial gebildet und weisen unterschiedliche Konversionselemente auf. Insbesondere weisen erste Konversionselemente 110, zweite Konversionselemente 120, und/oder dritte Konversionselemente 130 senkrecht zur lateralen Ebene eine Dicke D von zumindest 60 ym und von maximal 100 ym auf. Insbesondere wird das Licht L in den
Konversionselementen 110, 120, 130 gestreut, sodass sich die Intensität des von benachbarten Pixeln 100 emittierten Lichts L maximal um den Faktor 1,5 unterscheidet. Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung 1. Die
Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement 10, eine Ansteuerschaltung 60, einen Sensor 70, eine optische Vorrichtung 700 und ein optisches Element 50. Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10 Licht L. In
Abstrahlrichtung des Lichts L ist dem Halbleiterbauelement 10 das optische Element 50 nachgeordnet, mittels dem das
emittierte Licht L auf ein Sichtfeld S gelenkt wird. Das optische Element 50 ist dazu eingerichtet, Licht von
Subpixeln unterschiedlicher Art 101, 102, 103, 104 eines Pixels 100 in einen gleichen Bereich B des Sichtfeldes S zu lenken. Weiter ist das optische Element 50 dazu eingerichtet, in jeden Bereich B Licht L von zumindest einem Pixel 100 zu lenken. Durch selektives Betreiben einzelner Pixel 100 können einzelne Bereiche B des Sichtfeldes S beleuchtet werden.
Mittels selektiven Betreibens einzelner Subpixel 101, 102, 103, 104 kann der Farbort und die Helligkeit des Lichts L, mit dem ein einzelner Bereich B beleuchtet wird, eingestellt werden. Insbesondere wird ein Bereich B des Sichtfeldes S mit Mischlicht der Subpixel 101, 102, 103, 104 eines Pixels 100 beleuchtet . Das Sichtfeld S ist eine Region in einem Objektraum, welche mittels der optischen Vorrichtung 700 auf dem Sensor 70 abgebildet wird. Der Sensor 70 ist beispielsweise ein CCD- oder ein CMOS-Sensor. Im bestimmungsgemäßen Betrieb überträgt der Sensor 70 Daten der Abbildung des Sichtfeldes S an die Ansteuerschaltung 60, so dass das lichtemittierende
Halbleiterbauelement 10 beispielsweise in Abhängigkeit von den mittels des Sensors 70 ermittelten Daten betreibbar ist. Beispielsweise können die Bereiche B separat voneinander mittels Licht L eines vorgebbaren Farbortes und einer
vorgebbaren Helligkeit beleuchtet werden. Insbesondere werden im bestimmungsgemäßen Betrieb die Pixel 100 mit einer
Stromdichte von zumindest 10 mA/mm2 betrieben. Insbesondere werden die Pixel mit einem Strom betrieben, welcher nicht gepulst ist.
Insbesondere werden Farbort und/oder Intensität des Lichts L, mit dem ein Bereich B beleuchtet wird, abhängig von dem mittels des Sensors 70 detektierten Farborts und/oder der mittels des Sensors 70 detektierten Helligkeit dieses
Bereichs B angepasst. Beispielsweise ist die
Beleuchtungsstärke mittels der Beleuchtungseinrichtung 1 in einem Bereich B umso größer, je geringer die mittels des Sensors 70 detektierte Helligkeit dieses Bereiches B ist. Insbesondere wird mittels des Sensors 70 der Farbort eines Bereichs B detektiert und mittels der Beleuchtungseinrichtung 1 dieser Bereich B mit Licht L eines innerhalb eines
Toleranzbereiches gleichen Farbortes beleuchtet.
Alternativ wird mittels des Sensors 70 ein roter, grüner und blauer Farbanteil des Farbortes eines Bereiches B detektiert, wobei mittels der Beleuchtungseinrichtung 1 dieser Bereich mit Licht L im roten, grünen und/oder blauen
Wellenlängenbereich beleuchtet. Dabei ist beispielsweise die Beleuchtungsstärke mit Licht L eines Wellenlängenbereiches der Beleuchtungseinrichtung in einem Bereich B umso größer ist, je geringer der mittels des Sensors 70 detektierte
Farbanteil in diesem Bereich B.
Beispielsweise wird der Strom, mit dem die einzelnen Subpixel des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 betrieben werden, in mehreren Verfahrensschritten angepasst. Dabei wird in einem Verfahrensschritt A mittels des Sensors 70 eine erste Abbildung AI des Sichtfeldes S aufgenommen, wobei das Sichtfeld S nicht oder nicht mit voller Leistung der
Beleuchtungseinrichtung 1 beleuchtet wird. In einem
Verfahrensschritt B werden anhand der ersten Abbildung AI erste Istwerte II der Bereiche B des Sichtfeldes ermittelt und den Bereichen B werden Sollwerte SO zugeordnet. Ein
Istwert I umfasst eine Ist-Helligkeit und/oder einen Ist- Farbort. Ein Sollwert SO umfasst eine Soll-Helligkeit SH und/oder einen Soll-Farbort SF. In einem Verfahrensschritt C wird mittels des Sensors 70 eine zweite Abbildung A2
aufgenommen, wobei das Sichtfeld S mittels der
Beleuchtungseinrichtung 1 beleuchtet wird. Dabei wird das Sichtfeld S derart beleuchtet, dass die Differenz zwischen zweiten Istwerten 12 der zweiten Abbildung A2 und Sollwerten SO der Bereiche B minimiert wird. Somit wird die
Beleuchtungseinrichtung 1 derart betrieben, dass die
Helligkeit und/oder der Farbort eines jeden Bereiches B, welcher auf dem Sensor 70 abgebildet wird, einem Sollwert SO entsprechen.
Die Figur 4A zeigt eine schematische Ansicht einer
Beleuchtungseinrichtung 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung 1 im Unterschied zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Infrarotsensor 75 und ein Infrarotstrahlung-emittierendes Bauteil 15 aufweist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Infrarotstrahlung- emittierenden Bauteils 15 emittiert dieses Bauteil
elektromagnetische Strahlung LI in einem Wellenlängenbereich zwischen 700 und 1.500 nm. Die emittierte Infrarotstrahlung LI wird mittels eines optischen Elements 50 auf das Sichtfeld S gelenkt. Dem Infrarotstrahlung-emittierenden Bauteil 15 kann das gleiche optische Element 50 oder ein anderes
optisches Element 50 wie dem lichtemittierenden
Halbleiterbauelement 10 nachgeordnet sein. Insbesondere werden mittels des Infrarotstrahlung-emittierenden Bauteils 15 alle Bereiche B des Sichtfeldes S gleichzeitig beleuchtet.
Mittels des Infrarotsensors 75 wird elektromagnetische
Strahlung aus dem Sichtfeld S detektiert. Beispielsweise wird das Sichtfeld S mittels einer weiteren optischen Vorrichtung 750 auf dem Infrarotsensor 75 abgebildet. Beispielsweise wird im Verfahrensschritt A das Sichtfeld S mit
elektromagnetischer Strahlung LI im infraroten
Wellenlängenbereich beleuchtet und das Sichtfeld S wird im infraroten Wellenlängenbereich auf dem Infrarotdetektor 75 abgebildet. Insbesondere wird im Verfahrensschritt A eine erste Abbildung AI des Sichtfeldes aufgenommen.
Die Figur 4B zeigt die Beleuchtungseinrichtung aus Figur 4A, wobei im Verfahrensschritt B anhand der ersten Abbildung im infraroten Wellenlängenbereich, welche im Verfahrensschritt A aufgenommen wurde, die ersten Istwerte II der Bereiche B des Sichtfeldes S ermittelt wurden. Weiter wurde im
Verfahrensschritt B jedem Bereich B im Sichtfeld S ein
Sollwert SO zugeordnet. In einem Verfahrensschritt C wird mittels des Sensors 70 eine zweite Abbildung A2 aufgenommen, wobei das Sichtfeld S mittels des lichtemittierenden Halbleiterbauelements 10 beleuchtet wird, so dass die Differenz zwischen zweiten
Istwerten 12 der zweiten Abbildung A2 und Sollwerten S der Bereiche B minimiert wird.
Insbesondere wird das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10 abhängig von den Daten, welche aus der Abbildung im infraroten Wellenlängenbereich ermittelt werden, betrieben. Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungseinrichtung 1 auf Grundlage der Abbildung im infraroten Wellenlängenbereich betrieben werden, sodass die Istwerte I der Bereiche B bei der Aufnahme einer darauf folgenden Abbildung besonders nah an den Sollwerten SO liegen oder mit den Sollwerten
übereinstimmen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102017103888.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 Beleuchtungseinrichtung
10 lichtemittierendes Halbleiterbauteil 15 Infrarotstrahlung-emittierendes Bauteil
100 Pixel
101 Subpixel erster Art
102 Subpixel zweiter Art
103 Subpixel dritter Art
104 Subpixel vierter Art
110 Konversionselement erster Art
120 Konversionselement zweiter Art
130 Konversionselement dritter Art
50 optisches Element
60 Ansteuervorrichtung
61 Zwischenträger
600 Transistor
601 erster Kontakt
602 zweiter Kontakt
611 Umverdrahtungsstruktur
70 Sensor
700 optische Vorrichtung
750 weitere optische Vorrichtung
800 Trenngraben
1100 erster leitender Bereich
1200 zweiter leitender Bereich
1300 aktiver Bereich
AI erste Abbildung
A2 zweiter Abbildung
L Licht
LI Infrarotstrahlung
S Sichtfeld
B Bereich SO Sollwert
SH Sollhelligkeit
SF Sollfarbort
I Istwert
IH Ist-Helligkeit
IF Ist-Farbort

Claims

Beleuchtungseinrichtung (1) mit zumindest einem zur Erzeugung von Licht (L) vorgesehenen
Halbleiterbauelement (10) und einer Ansteuerschaltung ( 60 ) , bei der
- im Betrieb des Halbleiterbauelements (10)
abgestrahltes Licht (L) ein Sichtfeld (S) beleuchtet,
- das Sichtfeld (S) in eine Vielzahl von Bereichen (B) unterteilt ist,
- das Halbleiterbauelement (10) eine Vielzahl von
Pixeln (100) aufweist, die jeweils zur Beleuchtung eines Bereichs (B) des Sichtfelds (S) vorgesehen sind,
- die Pixel (100) jeweils zumindest einen Subpixel erster Art (101) und einen Subpixel zweiter Art (102) aufweisen, wobei der Subpixel erster Art (101) dazu eingerichtet ist, Licht (L) eines weißen Farborts zu emittieren und der Subpixel zweiter Art (101) dazu eingerichtet ist, Licht (L) eines nicht-weißen Farborts zu emittieren.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem vorherigen
Anspruch,
bei der die Pixel (100) in einer lateralen Ebene in einer zweidimensionalen Matrixanordnung angeordnet sind .
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der das
Halbleiterbauelement (10) maximal 128 Pixel (100) umfasst . Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der
ein Pixel (100) in einer lateralen Richtung eine minimale laterale Ausdehnung von 100 ym aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der
Subpixel unterschiedlicher Art (101, 102) mittels unterschiedlicher Halbleitermaterialien gebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der
Subpixel unterschiedlicher Art (101, 102)
unterschiedliche Konversionselemente (110, 120) aufweisen und mit einem gleichen Halbleitermaterial gebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Konversionselemente (110, 120) senkrecht zur lateralen Ebene eine Dicke (d) von zumindest 60 ym und von maximal 100 ym aufweisen.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der
- ein Pixel (100) einen Subpixel dritter Art (103) und einen Subpixel vierter Art (104) umfasst, wobei
- der Subpixel dritter Art (103) dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung eines weiteren weißen Farbortes zu emittieren, und
- der Subpixel vierter Art (104) dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung eines weiteren nicht weißen Farbortes zu emittieren. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei der sich eine mittels der Beleuchtungseinrichtung (1) erzeugte Beleuchtungsstärke in zueinander benachbarten Bereichen (B) maximal um den Faktor 1,5 unterscheidet.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen dem Halbleiterbauelement (10) und der Ansteuerschaltung (60) ein Zwischenträger (61)
angeordnet ist, über den das Halbleiterbauelement ( 10 ) mit der Ansteuerschaltung (60) elektrisch leitend verbunden ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche umfassend ein optisches
Element (50), wobei
- das optische Element (50) Licht (L) von Subpixeln unterschiedlicher Art (101, 102) eines Pixels (100) in einen gleichen Bereich (B) des Sichtfelds (S) lenkt, und
- das optische Element (50) in jeden Bereich (B) Licht (L) von zumindest einem Pixel (100) lenkt.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach den vorherigen Ansprüchen, wobei die Bereiche (B) separat voneinander mittels Licht (L) eines vorgebbaren Farbortes und einer vorgebbaren Helligkeit beleuchtet werden. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
die Pixel (100) mit einer Stromdichte von zumindest 10 mA pro mmA2 betrieben werden und der Strom nicht gepulst ist.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Sichtfeld (S) auf einem Sensor (70) abgebildet wird, und
- Farbort und/oder Helligkeit des Lichts (L) , mit dem ein Bereich (B) beleuchtet wird von dem mittels des Sensors (70) detektierten Farbort und/oder der mittels des Sensors (70) detektierten Helligkeit dieses
Bereichs (B) abhängt.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Beleuchtungsstärke mittels der
Beleuchtungseinrichtung (1) in einem Bereich (B) umso größer ist, je geringer die mittels des Sensors (70) detektierte Helligkeit dieses Bereichs (B) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- mittels des Sensors (70) der Farbort eines Bereichs (B) detektiert wird, und
- mittels der Beleuchtungseinrichtung (1) dieser
Bereich (B) mit Licht (L) eines innerhalb eines
Toleranzbereichs gleichen Farbortes beleuchtet wird. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- mittels des Sensors (70) ein roter, grüner und blauer Farbanteil des Farbortes eines Bereichs (B) detektiert wird, und
- mittels der Beleuchtungseinrichtung (1) dieser
Bereich (B) mit Licht (L) im roten, grünen und/oder blauen Wellenlängenbereich beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsstärke mit Licht (L) eines
Wellenlängenbereichs der Beleuchtungseinrichtung (1) in einem Bereich (B) umso größer ist, je geringer der mittels des Sensors (70) detektierte Farbanteil in diesem Bereichs (B) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung
(I) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
A) mittels des Sensors (70) eine erste Abbildung (AI) des Sichtfeldes (S) aufgenommen wird, wobei das
Sichtfeld (S) nicht oder nicht mit voller Leistung des lichtemittierenden Halbleiterbauelements (10)
beleuchtet wird;
B) anhand der ersten Abbildung (AI) erste IST-Werte
(II) der Bereiche (B) des Sichtfeldes (S) ermittelt werden, und den Bereichen (B) Sollwerte (SO) zugeordnet werden;
C) mittels des Sensors (70) eine zweite Abbildung (A2) aufgenommen wird, wobei das Sichtfeld (S) mittels des lichtemittierenden Halbleiterbauelements (10)
beleuchtet wird, sodass die Differenz zwischen zweiten IST-Werten (12) der zweiten Abbildung (A2) und
Sollwerten (SO) der Bereiche (B) minimiert wird.
19. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung
(I) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- im Verfahrensschritt A) das Sichtfeld (S) mit elektromagnetischer Strahlung (LI) im infraroten
Wellenlängenbereiche beleuchtet wird, im infraroten Wellenlängenbereich das Sichtfeld (S) auf einem
Infrarot-Detektor (75) abgebildet wird, und
- im Verfahrensschritt B) anhand der Abbildung im infraroten Wellenlängenbereich die ersten IST-Werte
(II) der Bereiche (B) des Sichtfeldes (S) ermittelt werden .
20. Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei
- ein Istwert (I) eine Ist-Helligkeit (IH) und/oder einen IST-Farbort (IF) umfasst;
- ein Sollwert (SO) eine Soll-Helligkeit (SH) und/oder einen Soll-Farbort (SF) umfasst.
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