(57)【要約】      （修正有）【課題】光源から発生する熱を適正に管理する自動車用照明装置を提供する。【解決手段】光源に電力を供給する、装置１００と、ピクセル化光源１２０を備える。装置１００は、コンバータ１１０と、マイクロコントローラ素子１４０を備える。ピクセル化光源の温度パラメータ１２２は、マイクロコントローラ素子に入力され、制御信号１４２を生成し、コンバータ１００のフィードバック制御手段１３０に入力される。マイクロコントローラ素子は、コンバータ１１０により供給される電圧レベルＶｏｕｔを入力される温度パラメータに応じて制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−電気的な入力電圧をピクセル化光源に供給されるべき電気的な負荷電圧に変換するようになっているコンバータ（１１０、２１０）と、
−前記コンバータのフィードバック制御手段（１３０、２３０）であって、前記フィードバック制御手段が前記ピクセル化光源を流れる電流の値を表す値を入力として有する、フィードバック制御手段（１３０、２３０）と、
を備える、ピクセル化光源（１２０）の電力供給を制御するための装置（１００、２００、３００）において、
前記装置は、その少なくとも１つの特性が前記ピクセル化光源（１２０）の少なくとも１つのパラメータ（１２２）に依存する制御信号（１４２、２４２、３４２）を生成するようになっているとともにこの信号を前記フィードバック制御手段に注入するようになっているマイクロコントローラ素子（１４０、２４０、３４０）を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段（２３０）は、前記負荷電圧が前記フィードバック制御手段を流れる電流の値の関数であるように設けられる分圧器を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ピクセル化光源の前記少なくとも１つのパラメータ（１２２）は、前記ピクセル化光源の接合部温度の表示を含むことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロコントローラ素子（３４０）がパルス幅変調ＰＷＭタイプの第１の信号（３４１）を生成するようになっており、前記第１の信号のサイクリック比が前記パラメータ（１２２）に依存するとともに、前記第１の信号の平均値が前記制御信号（３４２）に対応することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の信号（３４１）の振幅は、電圧シフト回路を使用することによって所定の電圧値に設定されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の信号（３４１）は、前記制御信号（３４２）を生成するためにローパスフィルタ回路（３４４）に接続されることを特徴とする請求項４又は５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
ピクセル化光源（１２０）と、前記ピクセル化光源の電力供給を制御するための装置（１００、２００、３００）とを備える自動車用の光モジュールであって、電力供給を制御するための前記装置が請求項１から６のいずれか一項に記載される装置であることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
前記ピクセル化光源は、発光素子のモノリシックアレイ又はセグメント化された有機光源ＯＬＥＤを備えることを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
【請求項９】
電流を制御するための独立した装置が前記制御装置（１００、２００、３００）と前記ピクセル化光源（１２０）との間に配置されることを特徴とする請求項７又は８のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
少なくとも１つの線形電流源が前記光源（１２０）の基板に組み込まれることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピクセル化光源の電力供給の分野に関する。特に、本発明は、電力供給を制御するため、及び、光源、より詳細にはピクセル化又はセグメント化された発光ダイオード、ＬＥＤ、又は、有機発光ダイオードＯＬＥＤの熱管理のための装置に関する。また、本発明は、自動車用の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電流がそれを通過するときに発光することができる電子部品である。ＬＥＤによって放出される光強度は、一般に、ＬＥＤを通過する電流の値に依存する。とりわけ、ＬＥＤは閾値電流値によって特徴付けられる。この順方向電流（「順方向電流」は英語の用語）の閾値は、一般に、温度が上昇するにつれて減少する。同様に、ＬＥＤが発光すると、その順方向電圧に等しい電圧降下がその端子間で観察される。自動車分野では、ＬＥＤ及びＯＬＥＤの技術が様々な光信号伝送目的のために益々使用されている。ＬＥＤは、日中走行用ライト、信号灯などのライト機能をもたらすために使用される。ＬＥＤは高い動作温度に晒される。
【０００３】
多数の基本的な発光光源を備えるＬＥＤアレイ又はピクセル化光源の有用性は、多くの応用分野、特に自動車の照明及び信号伝送の分野において有益である。ＬＥＤのアレイは、例えば、ヘッドライト又は日中走行用ライトなどの照明機能のための有利な形状の光ビームを生成するために使用され得る。更に、単一のアレイを使用して幾つかの異なる照明機能を生み出すことができ、それにより、自動車用ランプの限られた空間内の物理的寸法を減少させることができる。そのようなアレイは、幾つかの平行なブランチのアセンブリを備え、また、各ブランチは、直列に接続される多数の発光光源を備える。そのようなピクセル化光源は一般に電圧源によって給電され、また、各基本光源は、均一な光度を保証するために線形電流源と関連付けられる。非常に限られた表面上で多数の基本光源がグループ化されるため、熱問題が一層大きくなり、電圧源を正確に且つ動的に制御することが重要になる。
【０００４】
ＬＥＤのアセンブリ又はグループを制御するために制御回路を使用することが知られている。そのような回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して、給電されるＬＥＤの数に応じて、例えば自動車のバッテリにより供給されるＤＣ電圧をＤＣ負荷電圧に変換する。しかしながら、安価であり、その結果として多くの用途で使用される所定の目標出力電圧を有するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ＬＥＤの熱管理は問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術によってもたらされる問題のうちの少なくとも１つを克服することである。より正確には、本発明の目的は、ピクセル化光源の電力供給を制御するための装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、ピクセル化光源の電力供給を制御するための装置が提案される。装置は、
−電気的な入力電圧をピクセル化光源に供給されるべき電気的な負荷電圧に変換するようになっているコンバータと、
−コンバータのフィードバック制御手段であって、フィードバック制御手段がピクセル化光源を流れる電流の値を表す値を入力として有する、フィードバック制御手段と、
を備える。
【０００７】
この装置は、その少なくとも１つの特性が前記ピクセル化光源の少なくとも１つのパラメータに依存する制御信号を生成するようになっているとともにこの信号をフィードバック制御手段に注入するようになっているマイクロコントローラ素子を備えるという点において注目に値する。
【０００８】
好ましくは、フィードバック制御手段は、負荷電圧がフィードバック制御手段を流れる電流の値の関数であるように設けられる分圧器を備えることができる。
【０００９】
ピクセル化光源の少なくとも１つのパラメータは、ピクセル化光源の接合部温度の表示を含むことが好ましい。ピクセル化光源の接合部温度の表示は、ピクセル化光源の近傍に配置されるサーミスタ部品の端子間の電圧降下を読み取ることによって得ることができるのが好ましく、サーミスタ部品の抵抗はその温度に依存する。
【００１０】
マイクロコントローラ素子は、パルス幅変調ＰＷＭタイプの第１の信号を生成するように設けられる得ることが好ましく、第１の信号のサイクリック比が前記パラメータに依存するとともに、第１の信号の平均値が前記制御信号に対応する。
【００１１】
第１の信号の振幅は、電圧シフト回路を使用することによって所定の電圧値に設定され得ることが好ましい。
【００１２】
好ましくは、第１の信号は、前記制御信号を生成するためにローパスフィルタ回路に接続される。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、自動車用の光モジュールが提案される。このモジュールは、ピクセル化光源と、前記ピクセル化光源の電力供給を制御するための装置とを備える。モジュールは、電力供給を制御するための装置が本発明の第１の態様に従っているという点において注目に値する。
【００１４】
好ましくは、ピクセル化光源は、発光素子のモノリシックアレイ又はセグメント化された有機光源ＯＬＥＤを備えることができる。
【００１５】
電流を制御するための独立した装置が制御装置とピクセル化光源との間に配置され得ることが好ましい。
【００１６】
好ましくは、少なくとも１つの線形電流源を前記光源の基板に組み込むことができる。
【００１７】
ピクセル化光源は、好ましくは、少なくとも２つの縦列及び少なくとも２つの横列に従って配列される発光素子の少なくとも１つのアレイ（英語の用語では「モノリシックアレイ」と呼ばれる）を備えることができる。好ましくは、発光源は、モノリシックアレイとも呼ばれる発光素子の少なくとも１つのモノリシックアレイを備える。
【００１８】
モノリシックアレイにおいて、発光素子は、共通の基板から成長されるとともに、それらが選択的に、個別に、又は、発光素子のサブアセンブリを成して起動され得るように電気的に接続される。したがって、各発光素子又は発光素子群は、その材料又はそれらの材料に電気が供給されるときに光を発することができる前記ピクセル化光源の基本放射体のうちの１つを形成することができる。
【００１９】
発光素子が共通の基板に対して略垂直なそれらの主伸長寸法のうちの１つを有するとともに、互いに電気的にグループ化される１つ以上の発光素子により形成される基本放射体間の間隔がプリント回路基板上に半田付けされる平坦な正方形チップの既知の配列に課される間隔と比べて小さければ、発光素子の異なる配列はモノリシックアレイのこの定義に従うことができる。
【００２０】
基板は主に半導体材料から形成され得る。基板は、１つ以上の他の材料、例えば非半導体材料を備えることができる。サブミリメートル寸法を有するこれらの発光素子は、例えば、それらが六角形断面のロッドを形成するように基板から突出するように配置される。発光ロッドは基板の第１の面から生じる。この場合には窒化ガリウム（ＧａＮ）の使用により形成される各発光ロッドは、この場合にはシリコンを基にして形成される基板から垂直に又は略垂直に突出して延在するが、本発明の文脈から逸脱することなく、炭化ケイ素のような他の材料を使用することができる。一例として、発光ロッドは、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとの合金（ＡｌＧａＮ）から、又は、リン化アルミニウム、リン化インジウム、及び、リン化ガリウムの合金（ＡｌＩｎＧａＰ）から形成され得る。各発光ロッドはその高さを規定する伸長軸に沿って延在し、各ロッドの基部は、基板の上面の平面内に配置されている。
【００２１】
同じモノリシックアレイの発光ロッドは、好適には、同じ形状及び同じ寸法を有する。発光ロッドはそれぞれ、端面と、ロッドの伸長軸に沿って延びる周壁とによって画定される。発光ロッドがドープされて偏光に晒されると、半導体光源の出力で結果として生じる光は、本質的に周壁から放出されるが、光線が端面を通じて出ることも可能であることが理解される。この結果、各発光ロッドが単一の発光ダイオードとして作用し、また、この光源の輝度は、一方では存在する発光ロッドの密度によって、他方では、周壁によって画定され、したがってロッドの周囲全体及び高さ全体にわたって延びる照明面のサイズによって改善される。ロッドの高さは、２〜１０μｍ、好ましくは８μｍであってもよく、ロッドの端面の最大寸法は２μｍ未満、好ましくは１μｍ以下である。
【００２２】
発光ロッドの形成中に、ピクセル化光源を形成するロッドの平均高さが増大されるときに対応するゾーンの輝度を増加させるように、高さをピクセル化光源の１つのゾーンから他のゾーンに変更できるのが分かる。したがって、発光ロッドの１つのグループは、発光ロッドの他のグループとは異なる１つの高さ又は複数の高さを有することができ、これらの２つのグループは、サブミリメートル寸法を有する発光ロッドを備える同じ半導体光源から構成される。また、発光ロッドの形状は、特にロッドの断面及び端面の形状において、モノリシックアレイごとに異なり得る。ロッドは一般に円筒形状を有し、また、ロッドは、特に、多角形、より詳細には六角形の断面形状を有することができる。周壁を通じて光を放出でき、また、周壁が多角形又は円形の形状を有することが重要であることが理解される。
【００２３】
更に、端面は、それが基板の上面と略平行に延びるように、略平坦で且つ周壁に対して垂直である形状を有することができ、或いは、端面は、端面を出る光の放出方向を増やすために、ドーム形状を有することができ、又は、その中心で先が尖っていることができる。
【００２４】
発光ロッドは、好ましくは二次元アレイとして配置され得る。この配列は、ロッドが互い違いに配置されるようにすることができる。一般に、ロッドは基板上に一定の間隔を隔てて配置され、また、アレイの各寸法において、２つの直接隣接する発光ロッドの離間距離は、各ロッドの周壁により放出される光が発光ロッドのアレイから出ることができるように、最小でも２μｍ、好ましくは３μｍ〜１０μｍでなければならない。更に、隣接するロッドの２つの伸長軸間で測定されるこれらの離間距離は、１００μｍを超えないようにされる。
【００２５】
或いは、モノリシックアレイは、例えば炭化ケイ素から形成される単一の基板上に、発光素子のエピタキシャル層によって、特にｎドープＧａＮの第１の層とｐドープＧａＮの第２の層とによって形成される発光素子を備えることができ、これらの発光素子は、同じ基板からもたらされる複数の基本放射体を形成するために（研削及び／又は切除によって）分割される。そのような概念は複数の発光ブロックをもたらし、これらの発光ブロックは、全てが同じ基板によりもたらされるとともに、それらを互いに対して選択的に起動させることができるように電気的に接続される。
【００２６】
この他の方法に係る実施形態の１つの例において、モノリシックアレイの基板は、１００μｍ〜８００μｍの厚さ、特に２００μｍに等しい厚さを有することができ、各ブロックは、それぞれが５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは１００μｍ〜２００μｍの長さ及び幅を有することができる。一変形例では、長さ及び幅が等しい。各ブロックの高さは、５００μｍ未満、好ましくは３００μｍ未満である。最後に、各ブロックの出力面は、エピタキシーの反対側で基板により形成され得る。２つの基本放射体間の離間距離、すなわち、それぞれの隣接する基本放射体間の距離は、１μｍ未満、特に５００μｍ未満であってもよく、好ましくは２００μｍ未満である。
【００２７】
或いは、発光ロッドが前述ように同じ基板から突出してそれぞれ延びる状態で、及び、同じ基板上の重ね合わされた発光層の分割によって発光ブロックが得られる状態で、モノリシックアレイは、発光素子が少なくとも部分的に埋め込まれるポリマー材料の層を更に備えることができる。したがって、層は、基板の全範囲にわたって又は特定のグループの発光素子の周りでのみ延びることができる。特にシリコーンをベースとすることができるポリマー材料は、光線の拡散を妨げることなく発光素子を保護できるようにする保護層を形成する。更に、このポリマー層に、波長変換手段と例えば素子のうちの１つによって放出される光線の少なくとも一部を吸収できる発光団とを組み込んで、前記吸収された励起光の少なくとも一部をその励起光の波長とは異なる波長を有する放射光に変換することができる。無関係に、発光団をポリマー材料の塊に埋め込むようにすることができる、又は、そのポリマー材料の表面上に発光団を配置するようにすることができる。
【００２８】
ピクセル化光源は、光源の出力面に向かって光線を偏向させるために反射材料のコーティングを更に備えることができる。
【００２９】
サブミリメートル寸法を有する発光素子は、基板と略平行な平面内に特定の出力面を画定する。この出力面の形状がそれを構成する発光素子の数及び配置に応じて規定されることが理解される。したがって、放射面の略長方形の形状を画定することが可能であり、本発明の文脈から逸脱することなく放射面が変化して何であれ任意の形状を有することができることが理解される。
【００３０】
本発明の実施形態によって提案される手段を使用することにより、フィードバック制御ループを有するコンバータの出力電圧レベルを正確且つ動的な態様で制御してコンバータによって給電されるピクセル化光源の要求に出力電圧レベルを適合させることができるようになる。制御信号は、それをフィードバック制御ループに注入するマイクロコントローラ素子によって生成される。パルス幅変調信号により、信号のパルスの振幅及びマイクロコントローラ素子内のそのサイクリック比を適合させることによって、正確な離散値を生成することができる。制御信号は、何であれ光源の任意のパラメータに更に依存し得る。好ましい実施形態では、このパラメータが、本発明に係る装置が対象の光源の効果的な管理を実施できるようにするピクセル化光源の温度であるが、本発明はこの正にその実施形態に限定されない。
【００３１】
本発明の他の特徴及び利点は、実施例の説明及び図面によってより良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る制御装置の概略図を示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係る制御装置の概略図を示す。
【図３】本発明の好ましい実施形態に係る制御装置の詳細の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
別段具体的に示唆されなければ、所定の実施形態に関して詳しく記載される技術的特徴は、一例として非限定的な態様で記載される他の実施形態との関連で説明される技術的特徴と組み合わされ得る。本発明の異なる実施形態の全体にわたって同様の参照数字が同様の概念を説明するために使用される。例えば、参照数字１００、２００、３００は、本発明に係る制御装置の３つの実施形態を示す。
【００３４】
図１に示される例図は、本発明の１つの実施形態に係る電力供給を制御するための装置１００を概略的に示す。電圧降下（又は「バック」タイプ）又は電圧上昇（又は「ブースト」）タイプのコンバータであってもよい、或いは、バックコンバータとブーストコンバータとの組み合わせであってもよいコンバータ１１０は、図示されない電源により供給されるＤＣ入力電圧ＶｉｎをＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔに変換することができる。出力電圧はピクセル化光源１２０に給電する。光源は、例えば、発光素子のモノリシックアレイ又は幾つかのセグメントを有する有機光源ＯＬＥＤを備えることができる。負荷として接続される回路に供給される電圧レベルを適合させるために、コンバータ１１０を電流制御することが知られている。
【００３５】
本発明によれば、フィードバック制御手段１３０が、ピクセル化光源１２０のパラメータ１２２をその入力として有するマイクロコントローラ素子１４０を備える。具体的な例を挙げると、パラメータがピクセル化光源１２０の温度であってもよいが、本発明はこの例に限定されない。マイクロコントローラは、その出力において、パラメータ１２２に応じた制御信号１４２を生成し、この制御信号１４２はコンバータ１１０のフィードバック制御手段１３０に注入される。したがって、マイクロコントローラ素子は、給電されるピクセル化光源のパラメータに応じて、コンバータ１１０により供給される電圧レベルＶｏｕｔに正確且つ動的な態様で作用し得る。温度の場合、マイクロコントローラ素子は、光源の温度に応じて供給電圧に作用することによって、ピクセル化光源の熱管理を実施する。この目的のため、マイクロコントローラ素子は、例えば、光源の熱特性及び関連する挙動が予め記録されるメモリを備える。これらのデータを参照することによって、制御信号１４２は、電圧Ｖｏｕｔを温度１２２に適合させるように選択される。
【００３６】
図２に示される例図は、前述の実施形態の一般的なアーキテクチャを再利用する。フィードバック制御ループ２３０は、レジスタＲ１、Ｒ２それぞれのアセンブリによりもたらされる分圧器ブリッジを更に備える。コンバータ２１０の制御端子に印加される電圧ＶＦＢは、以下のように出力電圧に関連付けられる。
【数１】
2020013782.tif 000003
【００３７】
マイクロコントローラ素子２４０から来る制御信号２４２により電流Ｉ＿ｃｔｒｌ＿ｖｏｕｔにバイアスを導入することによって電圧Ｖｏｕｔの値が直接に影響され得ることが明らかになる。
【００３８】
図３に示される例図は、制御信号３４２の生成の好ましい実施形態を示す。図２に示される回路図と比較すると、マイクロコントローラ素子２４０がマイクロコントローラ素子３４０と回路３４４とに置き換えられるようになっている。マイクロコントローラ素子は、ピクセル化光源のパラメータ１２２をその入力として有するとともに、前述したように、コンバータのフィードバック制御ループに注入されるべき対応するバイアス値を決定する。
【００３９】
選択されたバイアス値に対応するこの制御信号３４２を正確に生成するために、マイクロコントローラ素子は、最初に、ＰＷＭタイプの第１の信号３４１を生成する（「ＰＷＭ」は「パルス幅変調」を表す）。この離散的周期信号は、そのサイクリック比によって、すなわち、パルスの持続時間とサイクルの周期の全持続時間との間の比率によって主に特徴付けられる。単位パルスＰＷＭ信号の５０％のサイクリック比は、０．５Ｖの平均値を有する信号を生成する。
【００４０】
マイクロコントローラ素子は、０〜１Ｖで正確に規定される平均値を有するＰＷＭ信号を生成できるようにするサイクリック比を正確な態様で決定するようになっている。そのような単位信号をより高い電圧パルスに変えることが知られている。このようにすると、０から例えば５Ｖの間の平均を有するＰＷＭ信号３４１をマイクロコントローラ素子によって正確に生成することができる。このようにして生成された信号３４２を例えばレジスタＲ３、Ｒ４とコンデンサＣとを備えるＲＣ回路によりもたらされるローパスフィルタ回路３４４に通すことによって、制御信号３４２は、ＤＣ成分、すなわち、初期ＰＷＭ信号３４１の平均に正確に対応する。形式的には、図３に示される電圧Ｖｃｔｒｌは次式によって与えられる。
【数２】
2020013782.tif 000004
【００４１】
ここで、ＶＰＷＭ＿ａｖｅｒａｇｅはＰＷＭ信号３４１の平均値を示す。Ｒ３＞＞Ｒ４を選択すると、これは次のようになる。
【数３】
2020013782.tif 000005
【００４２】
なお、フィードバック制御ループを流れる電流Ｉ＿ｃｔｒｌ＿Ｖｏｕｔは、
【数４】
2020013782.tif 000006
【００４３】
で与えられる。一例として、ＶＦＢ＝０．８Ｖ、Ｒ３＝４０ｋΩ、Ｒ４＝１０ｋΩ、及び、Ｃ＝１０μＦの場合、例えば１ｋＨｚのＰＷＭ信号を使用して１％のサイクリック比を伴って正確に決定され得る制御信号３４２における１Ｖの変動は、コンバータ１１０により供給される負荷電圧Ｖｏｕｔにおいて０．１Ｖの変動を与える。
【００４４】
保護の範囲は以下の特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
2020013782.tif 000007
【図２】
2020013782.tif 000008
【図３】
2020013782.tif 000009
【外国語明細書】
2020013782000001.pdf