WO2024094420A1 - Optoelektronisches modul und verfahren zum betrieb eines optoelektronischen moduls - Google Patents

Optoelektronisches modul und verfahren zum betrieb eines optoelektronischen moduls Download PDF

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WO2024094420A1
WO2024094420A1 PCT/EP2023/078760 EP2023078760W WO2024094420A1 WO 2024094420 A1 WO2024094420 A1 WO 2024094420A1 EP 2023078760 W EP2023078760 W EP 2023078760W WO 2024094420 A1 WO2024094420 A1 WO 2024094420A1
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light
emitting diode
forward voltage
degradation
operating current
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PCT/EP2023/078760
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Dietze
Original Assignee
Ams-Osram International Gmbh
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Publication date
Application filed by Ams-Osram International Gmbh filed Critical Ams-Osram International Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/24—Controlling the colour of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules

Definitions

  • An optoelectronic module and a method for operating an optoelectronic module are specified.
  • the aim is to provide an optoelectronic module with improved stability against age-related changes in light intensity. This object is achieved by an object having the features of independent patent claim 1.
  • the optoelectronic module has at least one light-emitting diode which emits light with a luminous intensity during operation.
  • the light-emitting diode emits electromagnetic radiation during operation.
  • the light-emitting diode emits light in a spectral range between infrared light and ultraviolet light.
  • the light-emitting diode emits light during operation in a visible spectral range.
  • the light-emitting diode emits light during operation in a visible spectral range.
  • Light-emitting diode converts an electrical operating current into light.
  • the luminous intensity here and below refers to a luminous flux generated by the light-emitting diode per solid angle and is specified in particular in the unit "candela".
  • the luminous flux corresponds to a radiant power of the light-emitting diode, which is weighted with a wavelength-dependent sensitivity of the human eye.
  • the radiant power refers to an energy per time that is transported by the emitted light.
  • the light-emitting diode comprises in particular an epitaxial semiconductor layer stack which has an active layer for converting the electrical operating current into electromagnetic radiation.
  • the active layer has, for example, a pn junction which can be designed as a quantum well structure or as a multiple quantum well structure.
  • the optoelectronic module has an integrated circuit which, during operation, sets an operating current of the light-emitting diode and measures a value of the forward voltage of the light-emitting diode.
  • the integrated circuit is, for example, an application-specific integrated circuit (AS IC for short).
  • the integrated circuit has in particular an electrical circuit for adjusting the electrical operating current of the light-emitting diode.
  • the electrical circuit comprises an adjustable electrical current source.
  • the integrated circuit has an electrical circuit for measuring the forward voltage of the light-emitting diode.
  • the forward voltage refers in particular to an electrical voltage that drops across the semiconductor layer stack of the light-emitting diode while a constant electrical operating current flows through the light-emitting diode in the forward direction.
  • the forward voltage corresponds to an electrical voltage drop between an anode and a cathode of the light-emitting diode operated in the forward direction.
  • the integrated circuit determines a degradation of the light-emitting diode by measuring the value of the forward voltage.
  • the degradation refers to an age-related change in the luminous intensity of the light-emitting diode at a predetermined electrical operating current.
  • defects form in the active layer during operation of the light-emitting diode.
  • defects already present in the semiconductor layer stack can migrate into the active layer or migrate out of the active layer during operation of the light-emitting diode. These defects are, for example, defects or dislocations in a crystalline order of the semiconductor layer stack.
  • An increase in the defect density in the active layer due to the aging of the light-emitting diode can, for example, lead to a reduction in the internal quantum efficiency of the light-emitting diode.
  • the luminous intensity of the light emitted by the light-emitting diode in particular decreases at a given electrical operating current.
  • the defect density in the active layer can also decrease with increasing age of the LED, which, for example, increases the luminous intensity of the LED.
  • the forward voltage of the light-emitting diode at given operating parameters can change, for example, as a function of the defect density in the active layer.
  • the degradation of the light-emitting diode correlates with an age-related change in the forward voltage at given operating parameters.
  • a change in the forward voltage of the light-emitting diode at given operating parameters can be used as a measure of the degradation of the light-emitting diode. For example, the forward voltage decreases when the luminous intensity decreases due to the degradation of the light-emitting diode, or vice versa.
  • the integrated circuit increases or decreases the electrical operating current of the light-emitting diode depending on the measured value of the forward voltage such that a change in the light intensity due to the degradation is at least partially compensated.
  • the integrated circuit increases or decreases, for example, a temporally constant operating current.
  • the integrated circuit can also increase or decrease a temporal average value of the operating current, for example if the light intensity of the light-emitting diode is adjusted by pulse width modulation of the operating current.
  • the compensation is made in particular in such a way that the
  • the light-emitting diode has a certain luminous intensity at a predetermined first operating current, as well as a certain forward voltage at a predetermined second operating current.
  • the first and second operating currents can be the same or different.
  • the integrated circuit After a certain operating time of the light-emitting diode following calibration, for example the luminous intensity at the first operating current and the forward voltage at the second operating current change due to the degradation of the light-emitting diode.
  • the integrated circuit now determines in particular the value of the changed forward voltage at the second operating current as a measure of the degradation of the light-emitting diode.
  • the first operating current is increased or decreased as a function of the measured value of the forward voltage in such a way that the luminous intensity of the degraded light-emitting diode at the first operating current corresponds to the luminous intensity at the first operating current at the time of calibration, or deviates from it as little as possible.
  • the optoelectronic module comprises:
  • the integrated circuit which, during operation, adjusts the operating current of the LED and measures the value of the forward voltage of the LED, whereby - the integrated circuit determines the degradation of the light-emitting diode by measuring the value of the forward voltage and increases or decreases the electrical operating current depending on the measured value of the forward voltage in such a way that the change in luminous intensity due to the degradation is at least partially compensated.
  • the optoelectronic module described here is based on the idea of controlling a change in the light intensity of the LED due to age-related degradation purely electronically and compensating for it if necessary.
  • the degradation is advantageously determined by measuring the forward voltage of the LED with an integrated circuit that can also control the operating current of the LED.
  • the forward voltage correlates, particularly at relatively small operating currents, with the defect density in the active layer of the LED and thus with the degradation of the LED.
  • the measured value of the forward voltage can thus be used to adjust the operating current of the LED in such a way that the age-related change in the light intensity is at least partially compensated.
  • the optoelectronic module described here it is advantageous to dispense with expensive burn-in of the light-emitting diode during the manufacture of the optoelectronic module.
  • burn-in the light-emitting diode is operated with a maximum operating current for a longer period of time, particularly before an optical calibration of the light intensity, in order to prevent rapid initial degradation during operation after the Calibration .
  • the optoelectronic module described here advantageously allows monitoring of degradation during operation .
  • the optoelectronic module described here no complex recording of an operating time and/or a temperature profile during operation is necessary in order to at least partially compensate for the age-related change in light intensity.
  • the measured value of the forward voltage in the optoelectronic module described here is advantageously directly related to the degradation of the light-emitting diode.
  • the operating time or the temperature profile is only an indirect measure of the degradation of the light-emitting diode.
  • the operating time or the temperature profile in particular do not provide any information about the individual state of the degradation of the light-emitting diode in the optoelectronic module.
  • the degradation can be compensated depending on the individual state of the light-emitting diode. This means that the compensation can advantageously be carried out with greater accuracy.
  • an optical light intensity sensor for monitoring the degradation of the light-emitting diode is also not required.
  • the optoelectronic module described here can therefore be manufactured advantageously at low cost.
  • the integrated circuit has an analog-digital converter, which during operation converts the value of the forward voltage.
  • the analog-digital converter measures and digitizes the forward voltage at predetermined times.
  • the analog-digital converter measures electrical voltages up to a maximum voltage between 1 volt and 3 volts inclusive with an accuracy between 0.1 millivolt and 10 millivolts inclusive. Accordingly, the analog-digital converter has a resolution between 7 bits and 15 bits inclusive.
  • the integrated circuit or a measurement control unit for controlling the integrated circuit has a memory in which the measured value of the forward voltage is stored.
  • the measurement control unit is arranged, for example, outside the optoelectronic module and is set up to control the integrated circuit for measuring the value of the forward voltage of the light-emitting diode.
  • the integrated circuit or the measurement control unit can calculate the change in the operating current on the basis of the stored value of the forward voltage in order to at least partially compensate for the age-related change in the luminous intensity of the light-emitting diode.
  • calibration data of the optoelectronic module can be stored in the memory.
  • the calibration data include in particular a relationship between the luminous intensity of the light-emitting diode and the electrical operating current of the light-emitting diode.
  • the calibration data preferably include the value of the forward voltage of the light-emitting diode as a reference value for determining the degradation.
  • the calibration data can also include a relationship between the luminous intensity of the LED and the operating temperature of the LED.
  • the calibration data are stored in the memory, for example, after calibration of the optoelectronic module.
  • the integrated circuit has a pulse width modulator, wherein the pulse width modulator modulates the operating current of the light-emitting diode to control the light intensity.
  • the pulse width modulator changes the operating current periodically as a function of time.
  • the operating current can, for example, assume two different values within a period during two corresponding, different lengths of time.
  • one value of the operating current corresponds to a maximum operating current of the light-emitting diode, while the other value corresponds to a vanishing operating current.
  • the light-emitting diode emits light with maximum light intensity, while at the other value of the operating current no light is emitted.
  • the period is, for example, less than 20 milliseconds in order to avoid perceptible, annoying flickering of the optoelectronic module.
  • the pulse width modulator can in particular provide any temporal average value of the operating current between 0 amperes and the maximum operating current.
  • the duty cycle specifies a temporal relationship between the two time intervals during which the operating current assumes the two respective different values.
  • the duty cycle is preferably specified in percent. For example, with a duty cycle of 0%, the LED emits no light on average over time, while with a duty cycle of 100%, light is emitted with maximum luminous intensity on average over time.
  • a color shift in the light emitted by the LED can be advantageously reduced or avoided in comparison to setting a corresponding temporally constant operating current.
  • the luminous intensity of the light emitted by the LED is directly proportional to the duty cycle.
  • the optoelectronic module has three light-emitting diodes which, during operation, emit electromagnetic radiation in a red, green or blue spectral range.
  • a first light-emitting diode emits red light
  • a second light-emitting diode emits blue light
  • a third light-emitting diode emits green light.
  • the optoelectronic module can emit light of any mixed color by adjusting the relative light intensities of the three light-emitting diodes accordingly.
  • the integrated circuit controls electrical operating currents of the three light-emitting diodes separately from one another and measures the values of the forward voltages of the three light-emitting diodes independently of one another to determine the degradation.
  • the degradation of each of the three light-emitting diodes is thus determined independently of one another.
  • the integrated circuit at least partially compensates for the change in the luminous intensity of each of the three light-emitting diodes due to the degradation. This advantageously increases the color stability of the optoelectronic module if the three light-emitting diodes degrade differently.
  • the integrated circuit By compensating for the age-related changes in the respective luminous intensities of the three light-emitting diodes, the integrated circuit at least partially compensates for an age-related change in the color coordinates of the mixed light emitted by the optoelectronic module.
  • a method for operating an optoelectronic module is specified.
  • the method can be used in particular to operate an optoelectronic module described here. All features of the optoelectronic module are also disclosed for the method for operating an optoelectronic module and vice versa.
  • a light intensity of at least one light-emitting diode is first set by controlling an electrical operating current with an integrated circuit.
  • the operating current is preferably pulse-width modulated.
  • the light intensity is set, for example, by specifying the duty cycle or the time average of the pulse-width modulated operating current.
  • a degradation of the light-emitting diode is determined by measuring a value of a forward voltage with the integrated circuit.
  • the forward voltage is measured at predetermined Operating parameters of the light-emitting diode are measured, for example at a given electrical operating current and/or at a given temperature.
  • the forward voltage is dependent not only on the degradation but also on the temperature of the light-emitting diode.
  • a change in the light intensity due to the degradation is compensated by increasing or decreasing the electrical operating current as a function of the measured value of the forward voltage.
  • the operating current is changed by increasing or decreasing.
  • the electrical operating current of the light-emitting diode is changed as a function of the measured value of the forward voltage in such a way that the light intensity of the light emitted by the degraded light-emitting diode corresponds at least approximately to the light intensity of the light-emitting diode with the unchanged operating current at the time of calibration.
  • the method for operating the optoelectronic module comprises the steps of: - adjusting the light intensity of at least one light-emitting diode by controlling the electrical operating current with the integrated circuit, - Determining the degradation of the light emitting diode by measuring the value of the forward voltage with the integrated circuit, where
  • the change in luminous intensity due to degradation is compensated by increasing or decreasing the electrical operating current as a function of the measured value of the forward voltage.
  • the steps of the method are carried out in the order stated above.
  • the steps of the method stated above can be carried out as often as desired.
  • the degradation of the LED is determined when the LED is switched on and/or at predetermined times.
  • the value of the forward voltage is determined each time the optoelectronic module is put into operation and/or after specified service intervals.
  • the value of the forward voltage for example continuously during operation of the optoelectronic module.
  • one of the two values of the operating current can be set up to measure the forward voltage.
  • the predetermined value of the operating current for measuring the forward voltage is so small that the light-emitting diode emits no light or no perceptible light.
  • the forward voltage of the light-emitting diode is measured during a partial period of the pulse width modulation in which the light-emitting diode emits no perceptible light.
  • Forward voltage is measured at a predetermined value of the operating current.
  • the forward voltage is measured at several points in time, with the predetermined value of the operating current having the same value for each measurement of the forward voltage. This improves, for example, the accuracy of the compensation of the age-related change in the light intensity.
  • the predetermined operating current for measuring the forward voltage is selected in particular such that the change in the forward voltage due to the degradation is particularly sensitive to the degradation of the light-emitting diode.
  • the predetermined value of the electrical operating current for measuring the forward voltage is selected such that a statistical correlation between a change in the forward voltage and a change in the luminous intensity due to the degradation of the light-emitting diode is greatest after a predetermined operating time.
  • the forward voltage and the luminous intensity are measured both at the beginning and at the end of the predetermined operating time for a large number of identical optoelectronic modules for a large number of different operating currents.
  • the change in the forward voltage is determined, for example, as the ratio of the measured values of the forward voltage at the beginning and at the end of the predetermined operating time for a predetermined operating current.
  • the change in the luminous intensity is determined, for example, as the ratio of the measured values of the luminous intensity at the beginning and at the end of the predetermined operating time for the predetermined operating current. From the measured change in the forward voltage and from the From the measured change in the luminous intensity of each of the many optoelectronic modules, a measure of their statistical correlation for different operating currents can be calculated.
  • the specified operating time is, for example, between one hour and 48 hours inclusive.
  • the change in forward voltage and the change in luminous intensity are considered as two statistical random variables.
  • a Pearson correlation coefficient between the measured changes in luminous intensity and the measured changes in forward voltage can be calculated as a measure of their statistical correlation.
  • the Pearson correlation coefficient corresponds to a covariance between the two random variables divided by the standard deviations of the two random variables.
  • the covariance corresponds to an expected value of the product of the difference between the first random variable and its mean and the difference between the second random variable and its mean.
  • the statistical correlation between the change in the forward voltage and the change in the luminous intensity is in particular a function of the electrical operating current of the light-emitting diode.
  • the electrical operating current is preferably selected at which the statistical correlation between the change in the forward voltage and the change in the luminous intensity is the greatest.
  • the predetermined electrical operating current for measuring the forward voltage is between 50 microamperes and 5 milliamperes inclusive.
  • the electrical operating current is corrected using a compensation factor that is linearly dependent on the measured value of the forward voltage. For example, to compensate for the degradation, a value of a temporally constant operating current is changed by the compensation factor.
  • the duty cycle of the pulse width modulation of the operating current can also be changed by the compensation factor. For example, the duty cycle is increased or decreased inversely proportional to the compensation factor. The duty cycle can also be increased or decreased proportionally to the compensation factor.
  • the compensation factor is in particular a linear function of the measured value of the forward voltage.
  • the compensation factor can also be any function of the value of the forward voltage.
  • the compensation factor is a polynomial, i.e. a sum of multiples of powers of the measured value of the forward voltage.
  • the compensation factor depends on predetermined compensation parameters.
  • the compensation parameters are, for example, coefficients in the polynomial formed from powers of the measured value of the forward voltage. In the case of a linear relationship between the measured value of the
  • Compensation factor for example two compensation parameters.
  • the compensation parameters are determined by measuring the change in luminous intensity due to degradation in a large number of identical light-emitting diodes and a subsequent statistical evaluation. For example, for a large number of identical light-emitting diodes, both the change in luminous intensity and the change in the value of the forward voltage are measured after a predetermined operating time. A relationship between the change in luminous intensity and the change in the forward voltage is then determined using a regression analysis. In particular, a polynomial, for example linear, relationship between the change in luminous intensity and the change in the forward voltage is assumed and the coefficients of the polynomial, i.e. the compensation parameters, are determined by the regression analysis. For example, the compensation parameters are determined by minimizing a mean square deviation of the measured changes in luminous intensity and the forward voltage from the assumed polynomial relationship.
  • a temperature of the light-emitting diode is determined immediately before or after the measurement of the value of the forward voltage for determining the degradation.
  • the temperature of the light-emitting diode is measured with a temperature sensor.
  • the temperature of the light-emitting diode is determined by measuring the value of the forward voltage at a predetermined electrical operating current that is greater than the electrical operating current for determining the degradation.
  • the forward voltage of the light-emitting diode at a predetermined electrical operating current depends in particular on the temperature of the active layer.
  • the temperature of the light-emitting diode in particular can be determined from a measurement of the forward voltage at a predetermined operating current.
  • the temperature of the light-emitting diode is measured at an operating current value recommended for continuous operation of the light-emitting diode.
  • the greater the predetermined operating current the greater the change in the forward voltage due to a change in temperature, for example. This can advantageously increase the accuracy of the temperature measurement.
  • the measured value of the forward voltage is corrected if the temperature deviates from a predetermined temperature when determining the degradation of the light-emitting diode.
  • the measured value of the forward voltage for determining the degradation is corrected such that the corrected value at least approximately corresponds to the value of the forward voltage at the predetermined temperature. Temperature differences in different measurements of the forward voltage for determining the degradation can thus be at least partially compensated. This advantageously improves the accuracy of the compensation of the degradation.
  • the correction of the measured value of the forward voltage based on a known relationship between the forward voltage and the temperature of the LED at a given operating current. For example, if the temperature of the LED increases by one degree Celsius, the forward voltage increases or decreases by a known amount. By multiplying the temperature deviation, i.e. the difference between the measured temperature of the LED and the given temperature, by the known amount of increase or decrease in the forward voltage per degree Celsius, the corrected value of the forward voltage can be determined.
  • the optoelectronic module is calibrated before a first operation.
  • the optoelectronic module is optically calibrated before the first operation.
  • the calibration can also be carried out after a certain operating time of the optoelectronic module or at several points in time after different operating times.
  • the luminous intensity of the emitted light and/or color coordinates of the optoelectronic module are measured at predetermined operating parameters, for example operating current and temperature. The measured values are stored in particular in the memory of the integrated circuit.
  • a relationship between the electrical operating current and the luminous intensity of the light-emitting diode is determined during calibration.
  • the luminous intensity of the emitted light is measured for a plurality of predetermined values of the operating current.
  • a relationship between the Temperature and luminous intensity at a given operating current can be measured.
  • the value of the forward voltage of the light-emitting diode is measured under the same conditions as when determining the degradation at later times.
  • the measured value of the forward voltage is then stored.
  • the forward voltage value measured during calibration is stored in the memory of the integrated circuit or in the memory of the external measurement control unit.
  • the forward voltage value measured during calibration represents a reference value against which the degradation of the LED is determined. For example, to determine the degradation of the LED, the forward voltage value is measured after a certain operating time and compared with the reference value. The change in the forward voltage is, for example, proportional to the degradation of the LED.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an optoelectronic module according to an embodiment.
  • Figures 2 and 3 show schematic block diagrams of optoelectronic modules according to different embodiments.
  • FIGS 4 and 5 show schematic circuit diagrams of optoelectronic modules according to further embodiments.
  • Figure 6 shows a schematic flow diagram of a method for operating an optoelectronic module according to an embodiment.
  • Figure 7 shows an example of a schematic diagram of an internal quantum efficiency of a light-emitting diode as a function of an operating current.
  • Figure 8 shows an example diagram of a statistical correlation between a degradation-related change in the forward voltage and a degradation-related change in the luminous intensity as a function of an operating current of a light-emitting diode.
  • Figure 9 shows an example diagram of a degradation-related change in luminous intensity as a function of a degradation-related change in the forward voltage of a light-emitting diode.
  • Figure 10 shows an example diagram of a compensated degradation as a function of an uncompensated degradation for a variety of optoelectronic modules.
  • Figures 11 , 12 and 13 show compensated degradations of optoelectronic modules according to different Examples of implementations as a function of the operating time of the optoelectronic module.
  • the optoelectronic module 1 has a light-emitting diode 2 and an integrated circuit 3, which are arranged on a main surface of a common carrier 8.
  • the carrier 8 has electrical contact surfaces via which the light-emitting diode 2 and the integrated circuit 3 are electrically contacted. Furthermore, the carrier 8 has electrical connection contacts for external electrical contacting of the optoelectronic module 1 on a surface opposite the main surface.
  • the carrier 8 has, for example, a plastic, a ceramic, and/or a metal, or consists of one of these materials.
  • the optoelectronic module 1 is surface-mountable.
  • the light-emitting diode 2 comprises a semiconductor layer stack with an active layer for converting an electrical operating current I into electromagnetic radiation.
  • the light-emitting diode 2 emits light in the visible spectral range during operation.
  • a luminous intensity Iv of the light emitted by the light-emitting diode 2 can be adjusted via the electrical operating current I.
  • the integrated circuit 3 comprises an electrical circuit for setting the electrical operating current I of the light-emitting diode 2, as well as an electrical circuit for measuring a forward voltage Vf of the light-emitting diode 2.
  • the integrated circuit 3 is designed to determine an age-related degradation of the light-emitting diode 2 by measuring a value of the forward voltage Vf.
  • a predetermined constant operating current I is applied to the light-emitting diode 2, at which the forward voltage Vf is particularly sensitive to the degradation of the light-emitting diode 2.
  • the predetermined operating current I there is a high statistical correlation between a degradation-related change in the luminous intensity Iv and a degradation-related change in the forward voltage Vf of the light-emitting diode 2.
  • the integrated circuit 3 is designed to at least partially compensate for the degradation-related change in the luminous intensity Iv of the light emitted by the light-emitting diode 2 using the measured value of the forward voltage Vf. To do this, the integrated circuit 3 increases or decreases the operating current I of the light-emitting diode 2 depending on the measured value of the forward voltage Vf. In particular, the operating current I is changed such that the luminous intensity Iv of the light emitted by the light-emitting diode 2 at least approximately corresponds to the luminous intensity Iv at the time of an optical calibration of the light-emitting diode 2 with the unchanged operating current I.
  • Figure 2 shows a schematic block diagram of an optoelectronic module 1 according to the invention described in connection with Figure 1 described embodiment.
  • the anode of the light-emitting diode 2 is connected to an electrical supply voltage VLED, while the cathode of the light-emitting diode 2 is connected to a reference potential GND via a current source 10 in the integrated circuit 3.
  • the current source 10 is designed in particular to provide the electrical operating current I of the light-emitting diode 2.
  • the integrated circuit 3 further comprises an electrical circuit, in particular an analog-digital converter 4 for measuring the forward voltage Vf of the light-emitting diode 2, as well as a pulse width modulator 7, a control unit 9 and a memory 6.
  • the analog-digital converter 4 for measuring the forward voltage Vf is electrically connected to the anode and the cathode of the light-emitting diode 2 and transmits the measured value of the forward voltage Vf to the control unit 9, which stores the value in the memory 6.
  • the control unit 9 controls the pulse width modulator 7, which pulse width modulates the operating current I of the light-emitting diode 2.
  • the control unit 9 specifies a duty cycle of the pulse width modulated operating current I for setting the luminous intensity Iv of the light-emitting diode 2.
  • control unit 9 calculates a compensation factor F from the measured value of the forward voltage Vf and from predetermined compensation parameters A, B.
  • the duty cycle of the pulse-width modulated operating current I is changed inversely proportional to the compensation factor F in order to at least partially compensate for the degradation-related change in the luminous intensity Iv of the light-emitting diode 2.
  • the Compensation parameters A, B are stored in the memory 6, for example, during the manufacture of the optoelectronic module 1.
  • Figure 3 shows a schematic block diagram of an optoelectronic module 1 according to a further embodiment.
  • the optoelectronic module 1 additionally has an external measurement control unit 5.
  • the external measurement control unit 5 is not arranged on the common carrier 8, but is spatially separated from the integrated circuit 3 and the light-emitting diode 2.
  • the external measurement control unit 5 can, for example, control several integrated circuits 3 with associated light-emitting diodes 2.
  • the memory 6 is part of the measurement control unit 5 instead of the integrated circuit 3.
  • the measurement control unit has a control unit 9 which receives the measured value of the forward voltage Vf from the control unit 9 of the integrated circuit 3 and stores it in the memory 6.
  • control unit 9 of the measurement control unit 5 calculates the compensation factor F from the compensation parameters A, B and the measured value of the forward voltage Vf and sends this to the control unit 9 of the integrated circuit for changing the duty cycle of the pulse width modulator 7. Furthermore, the measurement control unit 5 controls the times at which the value of the forward voltage Vf is measured by the integrated circuit 3.
  • the optoelectronic module 1 comprises an integrated circuit 3 and three Light-emitting diodes 21, 22, 23 which are arranged on a common carrier 8.
  • the anodes of the three light-emitting diodes 21, 22, 23 are connected to a common electrical supply voltage VLED, while the cathodes of the three light-emitting diodes 21, 22, 23 are electrically connected to corresponding terminals of the integrated circuit 3.
  • the first light-emitting diode 21 emits light in the red spectral range
  • the second light-emitting diode 22 emits light in the green spectral range
  • the third light-emitting diode 23 emits light in the blue spectral range.
  • the integrated circuit 3 controls the operating currents I of the three light-emitting diodes 21, 22, 23 independently of one another, so that relative light intensities Iv of the light emitted by the three light-emitting diodes 21, 22, 23 can be adjusted.
  • the optoelectronic module 1 can emit mixed light of any color during operation.
  • the integrated circuit 3 determines the degradation of each of the three light-emitting diodes 21, 22, 23 independently of one another by measuring the respective forward voltage Vf. Using the measured forward voltages Vf, the integrated circuit compensates for age-related changes in the light intensities Iv of the three light-emitting diodes 21, 22, 23. In particular, this advantageously compensates at least partially for an age-related color shift in the optoelectronic module 1.
  • the optoelectronic module 1 has connection contacts 11 for connecting the integrated circuit 3 to a serial bus.
  • the integrated circuit 3 exchanges data with the external Measurement control unit 5 (not shown here, see for example Figure 3).
  • the optoelectronic module 1 in contrast to the embodiment in Figure 4, has an integrated circuit 3 which is not arranged together with the three light-emitting diodes 21, 22, 23 on the carrier 8, but is spatially separated from them.
  • the light-emitting diodes 21, 22, 23 of several optoelectronic modules 1 can be arranged particularly compactly next to one another, while the associated integrated circuits 3 are arranged away from the light-emitting diodes 21, 22, 23.
  • Figure 6 shows different steps 101, 102, 103, 104 of a method for operating the optoelectronic module 1 according to the embodiment in Figure 2.
  • a first step 101 the optoelectronic module 1 is calibrated.
  • the luminous intensity Iv of the light emitted by the light-emitting diode 2 is measured as a function of the electrical operating current I at a constant temperature and stored as a reference value of the luminous intensity Ivo.
  • the forward voltage Vf of the light-emitting diode is measured and stored at a predetermined electrical operating current I and at a constant temperature.
  • the predetermined operating current I is selected such that the change in the forward voltage Vf is particularly sensitive to the degradation of the light-emitting diode 2.
  • the selection of the predetermined operating current I is described, for example, in connection with Figure 8.
  • the measured value of the forward voltage Vf is stored as a reference value Vfo in the memory 6 of the integrated circuit 3.
  • the optoelectronic module 1 is in operation and the light-emitting diode 2 emits light with an adjustable luminous intensity Iv .
  • the luminous intensity Iv is set by pulse width modulation of the operating current I with the integrated circuit 3 .
  • the luminous intensity Iv is proportional to the duty cycle of the pulse width modulated operating current I .
  • a third step 103 after a predetermined operating time of the optoelectronic module 1, for example after a service interval, the value of the forward voltage Vf of the light-emitting diode 2 is measured under the same operating conditions as during calibration.
  • Vf is measured at the same predetermined operating current I and at the same temperature of the optoelectronic module 1 as during calibration.
  • the degradation of the light-emitting diode 2 is determined by measuring this value of the forward voltage Vf.
  • the degradation-related change in the luminous intensity Iv/Ivo of the light emitted by the light-emitting diode 2 is at least approximately proportional to the change in the value of the forward voltage Vf/Vfo, the changes being determined relative to the reference values Ivo, Vfo from the calibration.
  • a fourth step 104 the change in the light intensity Iv due to the degradation of the light-emitting diode 2 during the continued operation of the optoelectronic module 1 is at least partially compensated by the integrated circuit 3.
  • the integrated circuit 3 calculates a compensation factor F, which is determined from the value of the forward voltage Vf measured in step 103, from the reference value measured in step 101 and from compensation parameters A, B.
  • the compensation factor F has the
  • a and B are the compensation parameters
  • Vf denotes the measured value of the forward voltage from step 103
  • Vfo denotes the reference value of the forward voltage from step 101.
  • the compensation factor F describes in particular a change in the luminous intensity Iv of the light emitted by the degraded light-emitting diode 2 relative to the luminous intensity Iv at the time of calibration of the optoelectronic module 1.
  • the determination of the compensation parameters A, B takes place, for example, as described in connection with Figure 9.
  • the compensation parameters A, B are stored in the memory 6 of the integrated circuit 3 during production of the optoelectronic module 1.
  • PWM C denotes the corrected duty cycle and PWM the original duty cycle.
  • the degradation-related change in the luminous intensity Iv of the LED 2 is at least partially compensated.
  • the luminous intensity Iv of the with the corrected duty cycle PWM C at least approximately the luminous intensity Iv of the light generated at the time of calibration with the duty cycle PWM . Since the time-averaged luminous intensity Iv of the light emitted by the light-emitting diode 2 is directly proportional to the duty cycle PWM of the pulse-width modulated operating current I , the degradation can advantageously be at least partially compensated in a simple manner by the correction of the duty cycle PWM C described above.
  • Steps 101 to 104 are preferably carried out in this order. Steps 103 and 104 can be repeated several times during operation of the optoelectronic module 1. This allows the degradation of the light-emitting diode 2 during operation of the optoelectronic module 1 to be advantageously determined more precisely and subsequently compensated with greater accuracy.
  • FIG. 7 shows, by way of example, a schematic internal quantum efficiency IQE of a light-emitting diode 2 as a function of the operating current I.
  • the internal quantum efficiency IQE corresponds to a number of photons emitted by the active layer of the light-emitting diode 2 per number of charge carriers injected into the active layer.
  • the internal quantum efficiency IQE is limited, for example, by non-radiative recombination processes of charge carriers in the active layer. At small operating currents I, for example, non-radiative Shockley-Read-Hall (SRH) recombination dominates, while at large operating currents, non-radiative Auger (AUG) recombination dominates.
  • Shockley-Read-Hall Shockley-Read-Hall
  • ASG non-radiative Auger
  • the charge carriers recombine, for example, at a defect in the crystal lattice of the active layer.
  • the degradation changes, for example, the internal quantum efficiency IQE of the light-emitting diode 2.
  • the internal quantum efficiency IQE decreases particularly sharply at low operating currents I (see arrow and dashed line in Figure 7), where Shockley-Read-Hall recombination dominates.
  • the forward voltage Vf of the light-emitting diode 2 is advantageously particularly sensitive to the defect density in the active layer and thus to the degradation of the light-emitting diode 2 at these small operating currents I.
  • the operating current I for measuring the forward voltage Vf is advantageously not chosen to be too small so that the measured value of the forward voltage Vf is not influenced by noise or is influenced as little as possible. Furthermore, the operating current I for measuring the forward voltage Vf is advantageously not too large so that the degradation has the greatest possible effect on the measured value of the forward voltage Vf.
  • a preferred range 12 of operating currents I at which the degradation of the light-emitting diode 2 can be determined from the measured value of the forward voltage Vf, is marked in Figure 7 .
  • Figure 8 shows the Pearson correlation coefficient PC between the relative change in the forward voltage Vf/Vfo and the relative change in the luminous intensity IV/ IVQ .
  • the Pearson correlation coefficient PC is calculated from the measured changes in the forward voltage Vf/Vfo and the luminous intensity IV/ IVQ for a large number of identical light-emitting diodes 2 after an operating time of 24 hours as a function of the operating current I .
  • the Pearson correlation coefficient PC is calculated, for example, from measured values of the change in the forward voltage Vf/Vfo and the change in the luminous intensity IV/ IVQ of at least one hundred identical light-emitting diodes 2 calculated.
  • Pearson correlation coefficients PC are shown for three different types of light emitting diodes 21, 22, 23. The first light emitting diode 21 emits red light, while the second light emitting diode 22 emits green light and the third light emitting diode 23 emits blue light.
  • the Pearson correlation coefficient PC is greatest at an operating current I of approximately 100 microamperes, while the Pearson correlation coefficient PC for the third light-emitting diode 23 is greatest at an operating current I of approximately 3 milliamperes.
  • the predetermined operating current I for determining the degradation of the light-emitting diodes 21, 22, 23 is selected on the basis of the measurement of the value of the forward voltage Vf such that the Pearson correlation coefficient PC is greatest at this predetermined operating current I.
  • Figure 9 shows measured values of a relative change in the luminous intensity Iv/Ivo as a function of the relative change in the value of the forward voltage Vf/Vfo at a predetermined operating current I after an operating time of the light-emitting diode 2 of 24 hours.
  • measured values are shown for a plurality of first, second and third light-emitting diodes 21, 22, 23 which are part of an optoelectronic module 1 in which no compensation for degradation takes place.
  • the predetermined operating current I for measuring the value of the forward voltage Vf is selected as described in connection with Figure 8.
  • Figure 9 shows linear relationships between the relative change in the forward voltage Vf/Vfo and the relative change in the luminous intensity Iv/Ivo, which were obtained by linear regression of the corresponding measured values for the first, second and third light-emitting diodes 21, 22, 23, respectively.
  • the linear relationship is given by the equation where A and B are the compensation parameters and the right hand side of equation (G3) corresponds to the compensation factor from equation (Gl) described in connection with Figure 6.
  • the linear regression is used to determine in particular the compensation parameters A and B which are used in the method for operating the optoelectronic module to compensate for the degradation.
  • Figure 10 shows measured values of the relative change in the luminous intensity Iv c / Ivo of a plurality of optoelectronic modules 1 according to an embodiment, wherein the degradation is compensated according to the method described here. was calculated as a function of the relative change in luminous intensity Iv/Ivo without compensation for degradation.
  • Figures 11, 12 and 13 show a relative change in the luminous intensity Iv c / Ivo of the light-emitting diode 2 in an optoelectronic module 1 according to an exemplary embodiment, wherein the degradation is at least partially compensated, as a function of the operating time.
  • Figure 11 shows the change in the luminous intensity Iv for a first light-emitting diode 21, Figure 12 for a second light-emitting diode 22 and Figure 13 for a third light-emitting diode 23 according to the exemplary embodiment in Figure 4.
  • the compensation is carried out as described in connection with the exemplary embodiment in Figure 6.
  • the dotted line shows, for comparison, the relative change in the luminous intensity Iv / Ivo without compensation for the degradation of the light-emitting diode 2.
  • Figures 11, 12 and 13 show mean values of the relative change in the luminous intensity Iv c / Ivo, wherein the luminous intensity Iv was averaged over 280 identical light-emitting diodes 2.
  • a three-fold standard deviation ( ⁇ 3o) of the relative change in the luminous intensity Iv is shown for a large number of identical light-emitting diodes 2.
  • Figures 11, 12 and 13 show that the compensation of the degradation according to the method described here is particularly effective over long operating periods.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul angegeben, aufweisend: - zumindest eine Leuchtdiode (2), die im Betrieb Licht mit einer Lichtstärke (Iv) emittiert, - einen integrierten Schaltkreis (3), der im Betrieb einen Betriebsstrom (I) der Leuchtdiode (2) einstellt und einen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) der Leuchtdiode (2) misst, wobei - der integrierte Schaltkreis (3) eine Degradation der Leuchtdiode (2) durch das Messen des Werts der Vorwärtsspannung (Vf) bestimmt und den elektrischen Betriebsstrom (I) in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) derart erhöht oder erniedrigt, dass eine Änderung der Lichtstärke (Iv) auf Grund der Degradation zumindest teilweise kompensiert wird. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES MODUL UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES OPTOELEKTRONISCHEN MODULS
Es werden ein optoelektronisches Modul und ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls angegeben .
Es soll ein optoelektronisches Modul mit einer verbesserten Stabilität gegenüber alterungsbedingten Änderungen einer Lichtstärke angegeben werden . Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst .
Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls mit einer verbesserten Stabilität gegenüber alterungsbedingten Änderungen der Lichtstärke angegeben werden . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst .
Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des optoelektronischen Moduls sowie des Verfahrens zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Gemäß einer Aus führungs form weist das optoelektronische Modul zumindest eine Leuchtdiode auf , die im Betrieb Licht mit einer Lichtstärke emittiert . Beispielsweise emittiert die Leuchtdiode im Betrieb elektromagnetische Strahlung . Insbesondere emittiert die Leuchtdiode Licht in einem Spektralbereich zwischen infrarotem Licht und ultraviolettem Licht . Bevorzugt emittiert die Leuchtdiode im Betrieb Licht in einem sichtbaren Spektralbereich . Insbesondere wandelt die
Leuchtdiode einen elektrischen Betriebsstrom in Licht um .
Die Lichtstärke bezeichnet hier und im Folgenden einen von der Leuchtdiode pro Raumwinkel erzeugten Lichtstrom und wird insbesondere in der Einheit „Candela" angegeben . Dabei entspricht der Lichtstrom einer Strahlungsleistung der Leuchtdiode , die mit einer wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet ist . Die Strahlungsleistung bezeichnet dabei eine Energie pro Zeit , die vom emittierten Licht transportiert wird .
Die Leuchtdiode umfasst insbesondere einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel , der eine aktive Schicht zur Umwandlung des elektrischen Betriebsstroms in elektromagnetische Strahlung aufweist . Die aktive Schicht weist beispielsweise einen pn-Ubergang auf , der als Quantentopfstruktur oder als Mehrfachquantentopfstruktur ausgebildet sein kann .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das optoelektronische Modul einen integrierten Schaltkreis auf , der im Betrieb einen Betriebsstrom der Leuchtdiode einstellt und einen Wert der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode misst . Der integrierte Schaltkreis ist beispielsweise ein anwendungsspezi fischer integrierter Schaltkreis (Englisch : application speci fic integrated circuit , kurz : AS IC ) .
Der integrierte Schaltkreis weist insbesondere eine elektrische Schaltung zum Einstellen des elektrischen Betriebstroms der Leuchtdiode auf . Beispielsweise umfasst die elektrische Schaltung eine einstellbare elektrische Stromquelle . Des Weiteren weist der integrierte Schaltkreis eine elektrische Schaltung zur Messung der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode auf . Hier und im Folgenden bezeichnet die Vorwärtsspannung insbesondere eine elektrische Spannung, die über dem Halbleiterschichtenstapel der Leuchtdiode abfällt , während ein konstanter elektrischer Betriebsstrom in Durchlassrichtung durch die Leuchtdiode fließt . In anderen Worten entspricht die Vorwärtsspannung einem elektrischen Spannungsabfall zwischen einer Anode und einer Kathode der in Durchlassrichtung betriebenen Leuchtdiode .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls bestimmt der integrierte Schaltkreis eine Degradation der Leuchtdiode durch das Messen des Werts der Vorwärtsspannung . Hier und im Folgenden bezeichnet die Degradation eine alterungsbedingte Änderung der Lichtstärke der Leuchtdiode bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebs ström .
Beispielsweise bilden sich während des Betriebs der Leuchtdiode Defekte in der aktiven Schicht . Des Weiteren können bereits im Halbleiterschichtenstapel vorhandene Defekte während des Betriebs der Leuchtdiode in die aktive Schicht hinein wandern oder aus der aktiven Schicht heraus wandern . Diese Defekte sind beispielsweise Fehlstellen oder Versetzungen in einer kristallinen Ordnung des Halbleiterschichtenstapels . Eine Erhöhung einer Defektdichte in der aktiven Schicht auf Grund der Alterung der Leuchtdiode kann beispielsweise zu einer Verringerung einer internen Quantenef fi zienz der Leuchtdiode führen . Somit verringert sich mit zunehmendem Alter der Leuchtdiode insbesondere die Lichtstärke des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom . Die Defektdichte in der aktiven Schicht kann mit zunehmendem Alter der Leuchtdiode auch abnehmen, wodurch sich die Lichtstärke der Leuchtdiode beispielsweise erhöht .
Die Vorwärtsspannung der Leuchtdiode bei vorgegebenen Betriebsparametern, insbesondere bei vorgegebenem Betriebsstrom und bei vorgegebener Temperatur, kann sich beispielsweise als Funktion der Defektdichte in der aktiven Schicht ändern . Insbesondere korreliert die Degradation der Leuchtdiode mit einer alterungsbedingten Änderung der Vorwärtsspannung bei vorgegebenen Betriebsparametern . Somit kann eine Änderung der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode bei vorgegebenen Betriebsparametern als ein Maß für die Degradation der Leuchtdiode verwendet werden . Beispielsweise nimmt die Vorwärtsspannung ab, wenn die Lichtstärke auf Grund der Degradation der Leuchtdiode abnimmt , oder umgekehrt
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls erhöht oder erniedrigt der integrierte Schaltkreis den elektrischen Betriebsstrom der Leuchtdiode in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung derart , dass eine Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation zumindest teilweise kompensiert wird . Der integrierte Schaltkreis erhöht oder erniedrigt beispielsweise einen zeitlich konstanten Betriebsstrom . Der integrierte Schaltkreis kann auch einen zeitlichen Mittelwert des Betriebsstroms erhöhen oder erniedrigen, beispielsweise falls die Lichtstärke der Leuchtdiode durch eine Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms eingestellt wird .
Die Kompensation erfolgt insbesondere derart , dass die
Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation durch die Erhöhung oder Erniedrigung des Betriebsstroms und eine damit einhergehende Änderung der Lichtstärke zumindest teilweise ausgeglichen wird . In anderen Worten wird der Betriebsstrom erhöht , wenn die Lichtstärke der Leuchtdiode auf Grund der Degradation abnimmt , und/oder umgekehrt .
Zum Beispiel weist die Leuchtdiode zum Zeitpunkt einer Kalibration eine bestimmte Lichtstärke bei einem vorgegebenen ersten Betriebsstrom, sowie eine bestimmte Vorwärtsspannung bei einem vorgegebenen zweiten Betriebsstrom auf . Der erste und der zweite Betriebsstrom können dabei gleich oder unterschiedlich sein . Nach einer gewissen Betriebsdauer der Leuchtdiode im Anschluss an die Kalibration ändert sich beispielsweise die Lichtstärke bei dem ersten Betriebsstrom sowie die Vorwärtsspannung bei dem zweiten Betriebsstrom auf Grund der Degradation der Leuchtdiode . Der integrierte Schaltkreis bestimmt nun insbesondere den Wert der geänderten Vorwärtsspannung beim zweiten Betriebsstrom als Maß für die Degradation der Leuchtdiode . Danach wird beispielsweise der erste Betriebsstrom als Funktion des gemessenen Wertes der Vorwärtsspannung derart erhöht oder erniedrigt , dass die Lichtstärke der degradierten Leuchtdiode beim ersten Betriebsstrom der Lichtstärke beim ersten Betriebsstrom zum Zeitpunkt der Kalibration entspricht , oder so wenig als möglich davon abweicht .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form umfasst das optoelektronische Modul :
- zumindest die Leuchtdiode , die im Betrieb Licht mit der Lichtstärke emittiert ,
- den integrierten Schaltkreis , der im Betrieb den Betriebsstrom der Leuchtdiode einstellt und den Wert der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode misst , wobei - der integrierte Schaltkreis die Degradation der Leuchtdiode durch das Messen des Werts der Vorwärtsspannung bestimmt und den elektrischen Betriebsstrom in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung derart erhöht oder erniedrigt , dass die Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation zumindest teilweise kompensiert wird .
Dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul liegt insbesondere die Idee zugrunde , eine Änderung der Lichtstärke der Leuchtdiode auf Grund einer alterungsbedingten Degradation rein elektronisch zu kontrollieren und gegebenenfalls zu kompensieren . Dabei wird die Degradation vorteilhaft durch Messung der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode mit einem integrierten Schaltkreis bestimmt , der auch den Betriebsstrom der Leuchtdiode steuern kann .
Die Vorwärtsspannung korreliert insbesondere bei verhältnismäßig kleinen Betriebsströmen beispielsweise mit der Defektdichte in der aktiven Schicht der Leuchtdiode und somit mit der Degradation der Leuchtdiode . Der gemessene Wert der Vorwärtsspannung kann somit dazu verwendet werden, den Betriebsstrom der Leuchtdiode derart anzupassen, dass die alterungsbedingte Änderung der Lichtstärke zumindest teilweise ausgeglichen wird .
Zum Beispiel kann bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul vorteilhaft auf ein teures Einbrennen der Leuchtdiode im Rahmen der Herstellung des optoelektronischen Moduls verzichtet werden . Beim Einbrennen wird die Leuchtdiode insbesondere vor einer optischen Kalibrierung der Lichtstärke über einen längeren Zeitraum mit einem maximalen Betriebsstrom betrieben, um eine schnelle anfängliche Degradation während des Betriebs nach der Kalibrierung zu verhindern . Im Gegensatz zum Einbrennen erlaubt das hier beschriebene optoelektronische Modul vorteilhaft eine Überwachung der Degradation während des Betriebs .
Des Weiteren ist bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul keine aufwendige Auf zeichnung einer Betriebsdauer und/oder eines Temperaturverlaufs während des Betriebs notwendig, um die alterungsbedingte Änderung der Lichtstärke zumindest teilweise zu kompensieren . Insbesondere steht der gemessene Wert der Vorwärtsspannung bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul vorteilhaft in direkter Beziehung zur Degradation der Leuchtdiode . Im Gegensatz dazu ist beispielsweise die Betriebsdauer oder der Temperaturverlauf nur ein indirektes Maß für die Degradation der Leuchtdiode . Die Betriebs zeit oder der Temperaturverlauf weisen insbesondere keine Information über den individuellen Zustand der Degradation der Leuchtdiode im optoelektronischen Modul auf . Im Gegensatz dazu kann bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul die Degradation in Abhängigkeit vom individuellen Zustand der Leuchtdiode kompensiert werden . Somit kann die Kompensation vorteilhaft mit größerer Genauigkeit erfolgen .
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Modul kann überdies auf einen optischen Lichtstärkesensor zur Überwachung der Degradation der Leuchtdiode verzichtet werden . Somit ist das hier beschriebene optoelektronische Modul vorteilhaft kostengünstig herstellbar .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen
Moduls weist der integrierte Schaltkreis einen Analog- Digital-Wandler auf , der im Betrieb den Wert der Vorwärtsspannung misst . Insbesondere misst und digitalisiert der Analog-Digital-Wandler die Vorwärtsspannung zu vorgegebenen Zeitpunkten . Zum Beispiel misst der Analog- Digital-Wandler elektrische Spannungen bis zu einer maximalen Spannung zwischen einschließlich 1 Volt und einschließlich 3 Volt mit einer Genauigkeit zwischen einschließlich 0 , 1 Millivolt und einschließlich 10 Millivolt . Entsprechend weist der Analog-Digital-Wandler beispielsweise eine Auflösung zwischen einschließlich 7 Bits und einschließlich 15 Bits auf .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls weist der integrierte Schaltkreis oder eine Messkontrolleinheit zur Steuerung des integrierten Schaltkreises einen Speicher auf , in dem der gemessene Wert der Vorwärtsspannung gespeichert wird . Die Messkontrolleinheit ist beispielsweise außerhalb des optoelektronischen Moduls angeordnet und zu einer Steuerung des integrierten Schaltkreises zur Messung des Wertes der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode eingerichtet . Des Weiteren kann der integrierte Schaltkreis oder die Messkontrolleinheit auf Basis des gespeicherten Wertes der Vorwärtsspannung die Änderung des Betriebsstroms berechnen, um die alterungsbedingte Änderung der Lichtstärke der Leuchtdiode zumindest teilweise zu kompensieren .
Des Weiteren können im Speicher Kalibrationsdaten des optoelektronischen Moduls gespeichert sein . Die Kalibrationsdaten umfassen insbesondere einen Zusammenhang zwischen der Lichtstärke der Leuchtdiode und dem elektrischen Betriebsstrom der Leuchtdiode . Des Weiteren umfassen die Kalibrationsdaten bevorzugt den Wert der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode als Referenzwert zur Bestimmung der Degradation . Die Kalibrationsdaten können auch einen Zusammenhang zwischen der Lichtstärke der Leuchtdiode und der Betriebstemperatur der Leuchtdiode umfassen . Die Kalibrationsdaten werden beispielsweise nach einer Kalibrierung des optoelektronischen Moduls im Speicher gespeichert .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls weist der integrierte Schaltkreis einen Pulsweitenmodulator auf , wobei der Pulsweitenmodulator den Betriebsstrom der Leuchtdiode zur Steuerung der Lichtstärke moduliert . Insbesondere ändert der Pulsweitenmodulator den Betriebsstrom periodisch als Funktion der Zeit . Dabei kann der Betriebsstrom innerhalb einer Periode beispielsweise zwei unterschiedliche Werte während zwei entsprechender, unterschiedliche langer Zeitintervalle annehmen . Bevorzugt entspricht ein Wert des Betriebsstroms einem maximalen Betriebsstrom der Leuchtdiode , während der andere Wert einem verschwindenden Betriebsstrom entspricht . In anderen Worten emittiert die Leuchtdiode bei einem Wert des Betriebsstroms Licht mit maximaler Lichtstärke , während bei dem anderen Wert des Betriebsstroms kein Licht emittiert wird . Die Periode beträgt beispielsweise weniger als 20 Millisekunden, um ein wahrnehmbares , störendes Flackern des optoelektronischen Moduls zu vermeiden .
Durch Einstellen eines Tastverhältnisses (Englisch : dutycycle ) zwischen den beiden Werten des Betriebsstroms kann der Pulsweitenmodulator insbesondere einen beliebigen zeitlichen Mittelwert des Betriebsstroms zwischen 0 Ampere und dem maximalen Betriebsstrom bereitstellen . Dabei gibt das Tastverhältnis ein zeitliches Verhältnis zwischen den beiden Zeitintervallen an, während denen der Betriebsstrom die zwei j eweiligen unterschiedlichen Werte annimmt . Das Tastverhältnis wird bevorzugt in Prozent angegeben . Beispielsweise emittiert die Leuchtdiode bei einem Tastverhältnis von 0 % im zeitlichen Mittel kein Licht , während bei einem Tastverhältnis von 100 % im zeitlichen Mittel Licht mit maximaler Lichtstärke emittiert wird . Durch das Einstellen des zeitlichen Mittelwertes des Betriebsstroms mit dem Pulsweitenmodulator kann im Vergleich zu einem Einstellen eines entsprechenden zeitlich konstanten Betriebsstroms vorteilhaft eine Farbverschiebung des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes verringert oder vermieden werden . Des Weiteren ist die Lichtstärke des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes direkt proportional zum Tastverhältnis .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das optoelektronische Modul drei Leuchtdioden auf , die im Betrieb elektromagnetische Strahlung in einem roten, grünen, beziehungsweise blauen Spektralbereich emittieren . Insbesondere emittiert eine erste Leuchtdiode rotes Licht , eine zweite Leuchtdiode emittiert blaues Licht und eine dritte Leuchtdiode emittiert grünes Licht . Beispielsweise kann das optoelektronische Modul Licht einer beliebigen Mischfarbe emittieren, in dem die relativen Lichtstärken der drei Leuchtdioden entsprechend eingestellt werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls steuert der integrierte Schaltkreis elektrische Betriebsströme der drei Leuchtdioden getrennt voneinander und misst die Werte der Vorwärtsspannungen der drei Leuchtdioden zur Bestimmung der Degradation unabhängig voneinander . Somit wird insbesondere die Degradation j eder der drei Leuchtdioden unabhängig voneinander bestimmt . Gemäß einer weiteren Aus führungs form des optoelektronischen Moduls kompensiert der integrierte Schaltkreis die Änderung der Lichtstärke j eder der drei Leuchtdioden auf Grund der Degradation zumindest teilweise . Somit kann vorteilhaft eine Farbstabilität des optoelektronischen Moduls erhöht werden, wenn die drei Leuchtdioden unterschiedlich degradieren . Durch die Kompensation der alterungsbedingten Änderungen der j eweiligen Lichtstärken der drei Leuchtdioden kompensiert der integrierte Schaltkreis insbesondere eine alterungsbedingte Änderung der Farbkoordinaten des vom optoelektronischen Modul emittierten Mischlichtes zumindest teilweise .
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls angegeben . Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Modul betrieben werden . Alle Merkmale des optoelektronischen Moduls sind auch für das Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls of fenbart und umgekehrt .
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls wird zunächst eine Lichtstärke zumindest einer Leuchtdiode durch Steuerung eines elektrischen Betriebsstroms mit einem integrierten Schaltkreis eingestellt . Bevorzugt wird der Betriebsstrom pulsweitenmoduliert . Die Lichtstärke wird beispielsweise durch Vorgabe des Tastverhältnisses oder des zeitlichen Mittelwerts des pulsweitenmodulierten Betriebsstroms eingestellt .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird eine Degradation der Leuchtdiode durch Messung eines Werts einer Vorwärtsspannung mit dem integrierten Schaltkreis bestimmt . Bevorzugt wird die Vorwärtsspannung bei vorgegebenen Betriebsparametern der Leuchtdiode gemessen, beispielsweise bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom und/oder bei einer vorgegebenen Temperatur . Beispielsweise weist die Vorwärtsspannung neben einer Abhängigkeit von der Degradation auch eine Abhängigkeit von der Temperatur der Leuchtdiode auf . Durch Messung der Vorwärtsspannung bei gleichen Betriebsparametern kann insbesondere der Einfluss der Degradation auf die Vorwärtsspannung von anderen Ef fekten getrennt werden . Dadurch wird beispielsweise eine Genauigkeit der Kompensation der alterungsbedingten Lichtstärkeänderung verbessert .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird beim Einstellen der Lichtstärke eine Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation durch Erhöhen oder Erniedrigen des elektrischen Betriebsstroms als Funktion des gemessenen Werts der Vorwärtsspannung kompensiert . Durch das Erhöhen oder Erniedrigen wird der Betriebsstrom insbesondere geändert . Beispielsweise wird der elektrische Betriebsstrom der Leuchtdiode als Funktion des gemessenen Wertes der Vorwärtsspannung derart geändert , dass die Lichtstärke des von der degradierten Leuchtdiode emittierten Lichts zumindest annähernd der Lichtstärke der Leuchtdiode bei dem ungeänderten Betriebsstrom zum Zeitpunkt der Kalibration entspricht .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form umfasst das Verfahren zum Betrieb des optoelektronischen Moduls die Schritte : - Einstellen der Lichtstärke zumindest einer Leuchtdiode durch Steuerung des elektrischen Betriebsstroms mit dem integrierten Schaltkreis , - Bestimmen der Degradation der Leuchtdiode durch Messung des Werts der Vorwärtsspannung mit dem integrierten Schaltkreis , wobei
- beim Einstellen der Lichtstärke die Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation durch Erhöhen oder Erniedrigen des elektrischen Betriebsstroms als Funktion des gemessenen Werts der Vorwärtsspannung kompensiert wird .
Bevorzugt werden die Schritte des Verfahrens in der oben genannten Reihenfolge durchgeführt . Die oben genannten Schritte des Verfahrens können beliebig oft durchgeführt werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Bestimmen der Degradation der Leuchtdiode bei einem Einschalten der Leuchtdiode und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten . Beispielsweise wird der Wert der Vorwärtsspannung bei j eder Inbetriebnahme des optoelektronischen Moduls und/oder nach festgelegten Service- Intervallen ermittelt .
Ferner ist es auch möglich, den Wert der Vorwärtsspannung beispielsweise kontinuierlich während des Betriebs des optoelektronischen Moduls zu messen . Zum Beispiel kann bei der Pulsweitenmodulation einer der beiden Werte des Betriebsstroms zur Messung der Vorwärtsspannung eingerichtet werden . Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der vorgegebene Wert des Betriebsstroms zur Messung der Vorwärtsspannung derart klein ist , dass die Leuchtdiode kein Licht oder kein wahrnehmbares Licht emittiert . In diesem Fall wird die Vorwärtsspannung der Leuchtdiode während einer Teilperiode der Pulsweitenmodulation gemessen, bei der die Leuchtdiode kein wahrnehmbares Licht emittiert . Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird die
Vorwärtsspannung bei einem vorgegebenen Wert des Betriebsstroms gemessen . Bevorzugt wird die Vorwärtsspannung an mehreren Zeitpunkten gemessen, wobei der vorgegebene Wert des Betriebsstroms bei j eder Messung der Vorwärtsspannung den gleichen Wert hat . Dadurch wird beispielsweise eine Genauigkeit der Kompensation der alterungsbedingten Änderung der Lichtstärke verbessert . Der vorgegebene Betriebsstrom zur Messung der Vorwärtsspannung wird insbesondere derart gewählt , dass die Änderung der Vorwärtsspannung auf Grund der Degradation besonders sensitiv auf die Degradation der Leuchtdiode ist .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird der vorgegebene Wert des elektrischen Betriebsstroms zur Messung der Vorwärtsspannung derart gewählt , dass eine statistische Korrelation zwischen einer Änderung der Vorwärtsspannung und einer Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation der Leuchtdiode nach einer vorgegebenen Betriebsdauer am größten ist . Beispielsweise werden die Vorwärtsspannung und die Lichtstärke sowohl zu Beginn als auch am Ende der vorgegebenen Betriebsdauer bei einer Viel zahl von gleichen optoelektronischen Modulen für eine Viel zahl von unterschiedlichen Betriebsströmen gemessen . Die Änderung der Vorwärtsspannung wird beispielsweise als Verhältnis der gemessenen Werte der Vorwärtsspannung zu Beginn und am Ende der vorgegebenen Betriebsdauer bei einem vorgegebenen Betriebsstrom bestimmt . Ebenso wird die Änderung der Lichtstärke beispielsweise als Verhältnis der gemessenen Werte der Lichtstärke zu Beginn und am Ende der vorgegebenen Betriebsdauer bei dem vorgegebenen Betriebsstrom bestimmt . Aus der gemessenen Änderung der Vorwärtsspannung und aus der gemessenen Änderung der Lichtstärke von j eder der Viel zahl optoelektronischer Module kann ein Maß für deren statistische Korrelation für unterschiedliche Betriebsströme berechnet werden . Die vorgegebene Betriebsdauer beträgt beispielsweise zwischen einschließlich einer Stunde und einschließlich 48 Stunden .
Zur Berechnung der statistischen Korrelation werden die Änderung der Vorwärtsspannung und die Änderung der Lichtstärke insbesondere als zwei statistische Zufallsvariablen betrachtet . Beispielsweise kann ein Pearsonscher Korrelationskoef fi zient zwischen den gemessenen Änderungen der Lichtstärke und den gemessenen Änderungen der Vorwärtsspannung als Maß für deren statistische Korrelation berechnet werden . Der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient entspricht insbesondere einer Kovarianz zwischen den zwei Zufallsvariablen geteilt durch Standardabweichungen der beiden Zufallsvariablen . Dabei entspricht die Kovarianz einem Erwartungswert des Produktes aus der Di f ferenz zwischen der ersten Zufallsvariable und deren Mittelwert und der Di f ferenz zwischen der zweiten Zufallsvariable und deren Mittelwert .
Die statistische Korrelation zwischen der Änderung der Vorwärtsspannung und der Änderung der Lichtstärke ist insbesondere eine Funktion des elektrischen Betriebsstroms der Leuchtdiode . Bevorzugt wird derj enige elektrische Betriebsstrom bei der Messung des Wertes der Vorwärtsspannung zur Bestimmung der Degradation gewählt , bei dem die statistische Korrelation zwischen der Änderung der Vorwärtsspannung und der Änderung der Lichtstärke am größten ist . Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens liegt der vorgegebene elektrische Betriebsstrom zur Messung der Vorwärtsspannung zwischen einschließlich 50 Mikroampere und einschließlich 5 Milliampere .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird beim Einstellen der Lichtstärke der Leuchtdiode der elektrische Betriebsstrom mit einem Kompensations faktor korrigiert , der linear von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung abhängt . Zum Beispiel wird zur Kompensation der Degradation ein Wert eines zeitlich konstanten Betriebsstroms durch den Kompensations faktor geändert . Zur Kompensation der Degradation kann auch das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms durch den Kompensations faktor geändert werden . Beispielsweise wird das Tastverhältnis invers proportional zum Kompensations faktor erhöht oder erniedrigt . Das Tastverhältnis kann auch proportional zum Kompensations faktor erhöht oder erniedrigt werden .
Der Kompensations faktor ist insbesondere eine lineare Funktion des gemessenen Wertes der Vorwärtsspannung . Der Kompensations faktor kann auch eine beliebige Funktion des Wertes der Vorwärtsspannung sein . Beispielsweise ist der Kompensations faktor ein Polynom, also eine Summe aus Viel fachen von Potenzen des gemessen Wertes der Vorwärtsspannung .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens hängt der Kompensations faktor von vorbestimmten Kompensationsparametern ab . Die Kompensationsparameter sind zum Beispiel Koef fi zienten in dem Polynom, das aus Potenzen des gemessenen Wertes der Vorwärtsspannung gebildet ist . Im Falle eines linearen Zusammenhangs zwischen dem gemessenen Wert der
Vorwärtsspannung und dem Kompensations faktor umfasst der
Kompensations faktor zum Beispiel zwei Kompensationsparameter .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens werden die Kompensationsparameter durch Messung der Änderung der Lichtstärke auf Grund der Degradation bei einer Viel zahl gleicher Leuchtdioden und eine nachfolgende statistische Auswertung bestimmt . Beispielsweise wird für die Viel zahl gleicher Leuchtdioden sowohl die Änderung der Lichtstärke , als auch die Änderung des Wertes der Vorwärtsspannung nach einer vorgegebenen Betriebsdauer gemessen . Mittels einer Regressionsanalyse wird nachfolgend ein Zusammenhang zwischen der Änderung der Lichtstärke und der Änderung der Vorwärtsspannung ermittelt . Insbesondere wird ein polynomialer , beispielsweise linearer, Zusammenhang zwischen der Änderung der Lichtstärke und der Änderung der Vorwärtsspannung angenommen und die Koef fi zienten des Polynoms , also die Kompensationsparameter, werden durch die Regressionsanalyse bestimmt . Zum Beispiel werden die Kompensationsparameter durch eine Minimierung einer mittleren quadratischen Abweichung der gemessenen Änderungen der Lichtstärke und der Vorwärtsspannung von dem angenommenen polynomialen Zusammenhang bestimmt .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird unmittelbar vor oder nach der Messung des Werts der Vorwärtsspannung zur Bestimmung der Degradation eine Temperatur der Leuchtdiode bestimmt . Zum Beispiel wird die Temperatur der Leuchtdiode mit einem Temperatursensor gemessen . Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens erfolgt die Bestimmung der Temperatur der Leuchtdiode über eine Messung des Werts der Vorwärtsspannung bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom, der größer als der elektrische Betriebsstrom zur Bestimmung der Degradation ist . Die Vorwärtsspannung der Leuchtdiode bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom hängt insbesondere von der Temperatur der aktiven Schicht ab . Somit kann aus einer Messung der Vorwärtsspannung bei einem vorgegebenen Betriebsstrom insbesondere die Temperatur der Leuchtdiode bestimmt werden . Beispielsweise wird die Temperatur der Leuchtdiode bei einem für einen Dauerbetrieb der Leuchtdiode empfohlenen Wert des Betriebsstroms gemessen . Je größer der vorgegebene Betriebsstrom ist , desto größer ist beispielsweise die Änderung der Vorwärtsspannung auf Grund einer Änderung der Temperatur . Dadurch kann vorteilhaft eine Genauigkeit der Temperaturmessung erhöht werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird der gemessene Wert der Vorwärtsspannung korrigiert , wenn die Temperatur bei der Bestimmung der Degradation der Leuchtdiode von einer vorgegebenen Temperatur abweicht . Insbesondere wird der gemessene Wert der Vorwärtsspannung zur Bestimmung der Degradation derart korrigiert , dass der korrigierte Wert zumindest ungefähr dem Wert der Vorwärtsspannung bei der vorgegebenen Temperatur entspricht . Somit können Temperaturunterschiede bei verschiedenen Messungen der Vorwärtsspannung zur Bestimmung der Degradation zumindest teilweise ausgeglichen werden . Dadurch wird vorteilhaft eine Genauigkeit der Kompensation der Degradation verbessert .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens erfolgt die Korrektur des gemessenen Werts der Vorwärtsspannung anhand eines bekannten Zusammenhangs zwischen der Vorwärtsspannung und der Temperatur der Leuchtdiode bei einem vorgegebenen Betriebsstrom . Beispielsweise nimmt die Vorwärtsspannung bei Erhöhung der Temperatur der Leuchtdiode um ein Grad Celsius um einen bekannten Betrag ab oder zu . Durch Multiplikation der Temperaturabweichung, also der Di f ferenz zwischen der gemessenen Temperatur der Leuchtdiode und der vorgegebenen Temperatur, mit dem bekannten Betrag der Zu- oder Abnahme der Vorwärtsspannung pro Grad Celsius kann insbesondere der korrigierte Wert der Vorwärtsspannung bestimmt werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird das optoelektronische Modul vor einem ersten Betrieb kalibriert . Insbesondere wird das optoelektronische Modul vor dem ersten Betrieb optisch kalibriert . Die Kalibration kann auch nach einer bestimmten Betriebsdauer des optoelektronischen Moduls oder an mehreren Zeitpunkten nach unterschiedlichen Betriebsdauern erfolgen . Bei der Kalibration werden beispielsweise die Lichtstärke des emittierten Lichts und/oder Farbkoordinaten des optoelektronischen Moduls bei vorgegebenen Betriebsparametern, beispielsweise Betriebsstrom und Temperatur, gemessen . Die gemessenen Werte werden insbesondere im Speicher des integrierten Schaltkreises gespeichert .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird beim Kalibrieren ein Zusammenhang zwischen dem elektrischen Betriebsstrom und der Lichtstärke der Leuchtdiode bestimmt . Insbesondere wird für eine Mehrzahl vorgegebener Werte des Betriebsstroms die Lichtstärke des emittierten Lichts gemessen . Des Weiteren kann ein Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Lichtstärke bei einem vorgegebenen Betriebsstrom gemessen werden .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird beim Kalibrieren der Wert der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode unter gleichen Bedingungen gemessen, wie bei der Bestimmung der Degradation zu späteren Zeitpunkten . Der gemessene Wert der Vorwärtsspannung wird anschließend gespeichert .
Insbesondere wird der bei der Kalibration gemessene Wert der Vorwärtsspannung im Speicher des integrierten Schaltkreises oder im Speicher der externen Messkontrolleinheit gespeichert .
Der bei der Kalibration gemessene Wert der Vorwärtsspannung stellt insbesondere einen Referenzwert dar, bezüglich dem die Degradation der Leuchtdiode bestimmt wird . Beispielsweise wird zur Bestimmung der Degradation der Leuchtdiode der Wert der Vorwärtsspannung nach einer bestimmten Betriebsdauer gemessen und mit dem Referenzwert verglichen . Die Änderung der Vorwärtsspannung ist beispielsweise proportional zur Degradation der Leuchtdiode .
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des optoelektronischen Moduls sowie des Verfahrens zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls ergeben sich aus dem im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel . Figuren 2 und 3 zeigen schematische Blockschaltbilder von optoelektronischen Modulen gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .
Figuren 4 und 5 zeigen schematische Schaltbilder optoelektronischer Module gemäß weiterer Aus führungsbeispiele .
Figur 6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Figur 7 zeigt beispielhaft ein schematisches Diagramm einer internen Quantenef fi zienz einer Leuchtdiode als Funktion eines Betriebsstroms .
Figur 8 zeigt beispielhaft ein Diagramm einer statistischen Korrelation zwischen einer degradationsbedingten Änderung der Vorwärtsspannung und einer degradationsbedingten Änderung der Lichtstärke als Funktion eines Betriebsstroms einer Leuchtdiode .
Figur 9 zeigt beispielhaft ein Diagramm einer degradationsbedingten Änderung der Lichtstärke als Funktion einer degradationsbedingten Änderung der Vorwärtsspannung einer Leuchtdiode .
Figur 10 zeigt beispielhaft ein Diagramm einer kompensierten Degradation als Funktion einer unkompensierten Degradation für eine Viel zahl von optoelektronischen Modulen .
Figuren 11 , 12 und 13 zeigen kompensierte Degradationen von optoelektronischen Modulen gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele als Funktion der Betriebsdauer des optoelektronischen Moduls .
Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen 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 zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Das optoelektronische Modul 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 1 weist eine Leuchtdiode 2 und einen integrierten Schaltkreis 3 auf , die auf einer Hauptfläche eines gemeinsamen Trägers 8 angeordnet sind . Der Träger 8 weist elektrische Kontakt flächen auf , über die die Leuchtdiode 2 und der integrierte Schaltkreise 3 elektrisch kontaktiert sind . Des Weiteren weist der Träger 8 auf einer der Hauptfläche gegenüberliegenden Fläche elektrische Anschlusskontakte für eine externe elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Moduls 1 auf . Der Träger 8 weist beispielsweise einen Kunststof f , eine Keramik, und/oder ein Metall auf , oder besteht aus einem dieser Materialien . Insbesondere ist das optoelektronische Modul 1 oberflächenmontierbar .
Die Leuchtdiode 2 umfasst einen Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Schicht zur Umwandlung eines elektrischen Betriebsstroms I in elektromagnetische Strahlung . Insbesondere emittiert die Leuchtdiode 2 im Betrieb Licht im sichtbaren Spektralbereich . Eine Lichtstärke Iv des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichts ist über den elektrischen Betriebsstrom I einstellbar . Der integrierte Schaltkreis 3 umfasst eine elektrische Schaltung zum Einstellen des elektrischen Betriebsstroms I der Leuchtdiode 2 , sowie eine elektrische Schaltung zur Messung einer Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 . Der integrierte Schaltkreis 3 ist dazu eingerichtet , eine alterungsbedingte Degradation der Leuchtdiode 2 mittels einer Messung eines Wertes der Vorwärtsspannung Vf zu bestimmen . Insbesondere wird zur Messung der Vorwärtsspannung Vf ein vorgegebener konstanter Betriebsstrom I an die Leuchtdiode 2 angelegt , bei dem die Vorwärtsspannung Vf besonders sensitiv auf die Degradation der Leuchtdiode 2 ist . In anderen Worten besteht bei dem vorgegebenen Betriebsstrom I eine hohe statistische Korrelation zwischen einer degradationsbedingten Änderung der Lichtstärke Iv und einer degradationsbedingten Änderung der Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 .
Des Weiteren ist der integrierte Schaltkreis 3 dazu eingerichtet , die degradationsbedingte Änderung der Lichtstärke Iv des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichts anhand des gemessenen Wertes der Vorwärtsspannung Vf zumindest teilweise aus zugleichen . Dazu erhöht oder erniedrigt der integrierte Schaltkreis 3 den Betriebsstrom I der Leuchtdiode 2 in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf . Insbesondere wird der Betriebsstrom I derart geändert , dass die Lichtstärke Iv des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichts zumindest annähernd der Lichtstärke Iv zum Zeitpunkt einer optischen Kalibrierung der Leuchtdiode 2 bei dem ungeänderten Betriebsstrom I entspricht .
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Aus führungsbeispiels . Die Anode der Leuchtdiode 2 ist an eine elektrische Versorgungsspannung VLED angeschlossen, während die Kathode der Leuchtdiode 2 über eine Stromquelle 10 im integrierten Schaltkreis 3 mit einem Referenzpotential GND verbunden ist . Die Stromquelle 10 ist insbesondere zur Bereitstellung des elektrischen Betriebsstroms I der Leuchtdiode 2 eingerichtet .
Der integrierte Schaltkreis 3 umfasst weiterhin eine elektrische Schaltung, insbesondere einen Analog-Digital- Wandler 4 , zur Messung der Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 , sowie einen Pulsweitenmodulator 7 , eine Kontrolleinheit 9 und einen Speicher 6 . Der Analog-Digital- Wandler 4 zur Messung der Vorwärtsspannung Vf ist mit der Anode und der Kathode der Leuchtdiode 2 elektrisch verbunden und übermittelt den gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf an die Kontrolleinheit 9 , die den Wert im Speicher 6 speichert .
Die Kontrolleinheit 9 steuert den Pulsweitenmodulator 7 , der den Betriebsstrom I der Leuchtdiode 2 pulsweitenmoduliert . Insbesondere gibt die Kontrolleinheit 9 ein Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Betriebsstroms I zum Einstellen der Lichtstärke Iv der Leuchtdiode 2 vor .
Des Weiteren berechnet die Kontrolleinheit 9 aus dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf und aus vorgegebenen Kompensationsparametern A, B einen Kompensations faktor F . Insbesondere wird das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Betriebsstroms I invers proportional zu dem Kompensations faktor F geändert , um die degradationsbedingte Änderung der Lichtstärke Iv der Leuchtdiode 2 zumindest teilweise zu kompensieren . Die Kompensationsparameter A, B werden beispielsweise während der Herstellung des optoelektronischen Moduls 1 im Speicher 6 gespeichert .
Figur 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines optoelektronischen Moduls 1 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Im Gegensatz zu dem in Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Aus führungsbeispiel weist das optoelektronische Modul 1 zusätzlich eine externe Messkontrolleinheit 5 auf . Beispielsweise ist die externe Messkontrolleinheit 5 nicht auf dem gemeinsamen Träger 8 angeordnet , sondern räumlich vom integrierten Schaltkreis 3 und von der Leuchtdiode 2 getrennt . Des Weiteren kann die externe Messkontrolleinheit 5 beispielsweise mehrere integrierte Schaltkreise 3 mit zugehörigen Leuchtdioden 2 steuern . Insbesondere ist der Speicher 6 Teil der Messkontrolleinheit 5 anstatt des integrierten Schaltkreises 3 . Die Messkontrolleinheit weist eine Kontrolleinheit 9 auf , die den gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf von der Kontrolleinheit 9 des integrierten Schaltkrieses 3 empfängt und im Speicher 6 speichert . Insbesondere berechnet in diesem Aus führungsbeispiel die Kontrolleinheit 9 der Messkontrolleinheit 5 den Kompensations faktor F aus den Kompensationsparametern A, B und dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf und sendet diesen an die Kontrolleinheit 9 des integrierten Schaltkreises zur Änderung des Tastverhältnisses des Pulsweitenmodulators 7 . Des Weiteren steuert die Messkontrolleinheit 5 die Zeitpunkte , an denen der Wert der Vorwärtsspannung Vf vom integrierten Schaltkreis 3 gemessen wird .
Das optoelektronische Modul 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 4 weist einen integrierten Schaltkreis 3 sowie drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 auf , die auf einem gemeinsamen Träger 8 angeordnet sind . Die Anoden der drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 sind an eine gemeinsame elektrische Versorgungsspannung VLED angeschlossen, während die Kathoden der drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 mit entsprechenden Anschlüssen des integrierten Schaltkreises 3 elektrisch verbunden sind . Im Betrieb emittiert die erste Leuchtdiode 21 Licht im roten Spektralbereich, während die zweite Leuchtdiode 22 Licht im grünen Spektralbereich und die dritte Leuchtdiode 23 Licht im blauen Spektralbereich emittiert .
Der integrierte Schaltkreis 3 steuert die Betriebsströme I der drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 unabhängig voneinander, so dass relative Lichtstärken Iv des von den drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 emittierten Lichtes eingestellt werden können . Insbesondere kann das optoelektronische Modul 1 im Betrieb Mischlicht einer beliebigen Farbe emittieren .
Des Weiteren bestimmt der integrierte Schaltkreis 3 durch Messung der j eweiligen Vorwärtsspannung Vf die Degradation j eder der drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 unabhängig voneinander . Anhand der gemessenen Vorwärtsspannungen Vf kompensiert der integrierte Schaltkreis alterungsbedingte Änderungen der Lichtstärken Iv der drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 . Insbesondere wird dadurch vorteilhaft eine alterungsbedingte Farbverschiebung des optoelektronischen Moduls 1 zumindest teilweise kompensiert .
Das optoelektronische Modul 1 weist Anschlusskontakte 11 zum Anschluss des integrierten Schaltkreises 3 an einen seriellen Bus auf . Über den seriellen Bus tauscht der integrierte Schaltkreis 3 beispielsweise Daten mit der externen Messkontrolleinheit 5 aus (hier nicht gezeigt , siehe beispielsweise Figur 3 ) .
Das optoelektronische Modul 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 5 weist im Gegensatz zum Aus führungsbeispiel in Figur 4 einen integrierten Schaltkreis 3 auf , der nicht gemeinsam mit den drei Leuchtdioden 21 , 22 , 23 auf dem Träger 8 angeordnet ist , sondern räumlich von diesen getrennt ist . Beispielsweise können dadurch die Leuchtdioden 21 , 22 , 23 mehrerer optoelektronischer Module 1 besonders kompakt nebeneinander angeordnet werden, während die zugehörigen integrierten Schaltkreise 3 abseits der Leuchtdioden 21 , 22 , 23 angeordnet werden .
Figur 6 zeigt unterschiedliche Schritte 101 , 102 , 103 , 104 eines Verfahrens zum Betrieb des optoelektronischen Moduls 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 2 . In einem ersten Schritt 101 wird das optoelektronische Modul 1 kalibriert . Dabei wird insbesondere die Lichtstärke Iv des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichts in Abhängigkeit vom elektrischen Betriebsstrom I bei einer konstanten Temperatur gemessen und als Referenzwert der Lichtstärke Ivo gespeichert . Des Weiteren wird die Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom I und bei einer konstanten Temperatur gemessen und gespeichert . Dabei wird der vorgegebene Betriebsstrom I derart gewählt , dass die Änderung der Vorwärtsspannung Vf besonders sensitiv auf die Degradation der Leuchtdiode 2 ist . Die Auswahl des vorgegebenen Betriebsstroms I ist beispielsweise in Verbindung mit Figur 8 beschrieben . Der gemessene Wert der Vorwärtsspannung Vf wird als Referenzwert Vfo im Speicher 6 des integrierten Schaltkreises 3 gespeichert . In einem zweiten Schritt 102 ist das optoelektronische Modul 1 in Betrieb und die Leuchtdiode 2 emittiert Licht mit einer einstellbaren Lichtstärke Iv . Die Lichtstärke Iv wird dabei durch eine Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms I mit dem integrierten Schaltkreis 3 eingestellt . Insbesondere ist die Lichtstärke Iv proportional zum Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Betriebsstroms I .
In einem dritten Schritt 103 wird nach einer vorgegebenen Betriebsdauer des optoelektronischen Moduls 1 , beispielsweise nach einem Service- Intervall , der Wert der Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 bei den gleichen Betriebsbedingungen wie bei der Kalibration gemessen . Insbesondere wird Vf bei dem gleichen vorgegebenen Betriebsstrom I und bei der gleichen Temperatur des optoelektronischen Moduls 1 wie bei der Kalibration gemessen . Durch Messung dieses Wertes der Vorwärtsspannung Vf wird die Degradation der Leuchtdiode 2 bestimmt . Beispielsweise ist die degradationsbedingte Änderung der Lichtstärke Iv/ Ivo des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichtes zumindest annähernd proportional zur Änderung des Wertes der Vorwärtsspannung Vf/Vfo, wobei die Änderungen relativ zu den Referenzwerten Ivo, Vfo aus der Kalibration bestimmt werden .
In einem vierten Schritt 104 wird die Änderung der Lichtstärke Iv auf Grund der Degradation der Leuchtdiode 2 während dem weiteren Betrieb des optoelektronischen Moduls 1 vom integrierten Schaltkreis 3 zumindest teilweise kompensiert . Dazu berechnet der integrierte Schaltkreis 3 einen Kompensations faktor F, der von dem in Schritt 103 gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf , von dem in Schritt 101 gemessenen Referenzwert und von Kompensationsparametern A, B abhängt . Insbesondere hat der Kompensations faktor F die
Form
Figure imgf000031_0001
wobei A und B die Kompensationsparameter sind, Vf den gemessenen Wert der Vorwärtsspannung aus Schritt 103 bezeichnet und Vfo den Referenzwert der Vorwärtsspannung aus Schritt 101 bezeichnet . Der Kompensations faktor F beschreibt insbesondere eine Änderung der Lichtstärke Iv des von der degradierten Leuchtdiode 2 emittierten Lichtes relativ zur Lichtstärke Iv zum Zeitpunkt der Kalibration des optoelektronischen Moduls 1 . Die Bestimmung der Kompensationsparameter A, B erfolgt beispielsweise wie in Verbindung mit Figur 9 beschrieben . Insbesondere werden die Kompensationsparameter A, B bei der Herstellung des optoelektronischen Moduls 1 im Speicher 6 des integrierten Schaltkreises 3 gespeichert .
Das Tastverhältnis PWM des pulsweitenmodulierten
Betriebsstroms I wird während des weiteren Betriebs des optoelektronischen Moduls 1 mit dem Kompensations faktor F korrigiert :
PWM
PWMC = ( G2 )
A vIfö~+B
Dabei bezeichnen PWMC das korrigierte und PWM das ursprüngliche Tastverhältnis . Durch die Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms I der Leuchtdiode 2 mit dem korrigierten Tastverhältnis PWMC wird die degradationsbedingte Änderung der Lichtstärke Iv der Leuchtdiode 2 zumindest teilweise ausgeglichen . Insbesondere entspricht die Lichtstärke Iv des mit dem korrigierten Tastverhältnis PWMC erzeugten Lichtes zumindest ungefähr der Lichtstärke Iv des zum Zeitpunkt der Kalibration mit dem Tastverhältnis PWM erzeugten Lichtes . Da die zeitlich gemittelte Lichtstärke Iv des von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichtes direkt proportional zum Tastverhältnis PWM des pulsweitenmodulierten Betriebsstroms I ist , kann die Degradation vorteilhaft durch die oben beschriebene Korrektur des Tastverhältnisses PWMC auf einfache Weise zumindest teilweise kompensiert werden .
Die Schritte 101 bis 104 werden bevorzugt in dieser Reihenfolge durchgeführt . Die Schritte 103 und 104 können während des Betriebs des optoelektronischen Moduls 1 mehrfach wiederholt werden . Dadurch kann die Degradation der Leuchtdiode 2 während des Betriebs des optoelektronischen Moduls 1 vorteilhaft genauer bestimmt und in Folge mit höherer Genauigkeit kompensiert werden .
Figur 7 zeigt beispielhaft eine schematische interne Quantenef fi zienz IQE einer Leuchtdiode 2 als Funktion des Betriebsstroms I . Die interne Quantenef fi zienz IQE entspricht einer Anzahl der von der aktiven Schicht der Leuchtdiode 2 emittierten Photonen pro Anzahl der in die aktive Schicht inj i zierten Ladungsträger . Dabei wird die interne Quantenef fi zienz IQE beispielsweise durch nicht-radiative Rekombinationsprozesse von Ladungsträgern in der aktiven Schicht limitiert . Bei kleinen Betriebsströmen I dominiert beispielsweise die nicht-radiative Shockley-Read-Hall ( SRH) Rekombination, während bei großen Betriebsströmen die nicht- radiative Auger (AUG) Rekombination dominiert . Bei der Shockley-Read-Hall Rekombination rekombinieren die Ladungsträger beispielweise an einem Defekt im Kristallgitter der aktiven Schicht . Durch die Degradation ändert sich beispielsweise die interne Quantenef fi zienz IQE der Leuchtdiode 2 . Dabei verringert sich die interne Quantenef fi zienz IQE insbesondere bei kleinen Betriebsströmen I ( siehe Pfeil und strichlierte Linie in Figur 7 ) , wo die Shockley-Read-Hall Rekombination dominiert , besonders stark . Die Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 ist vorteilhaft bei diesen kleinen Betriebsströmen I besonders sensitiv auf die Defektdichte in der aktiven Schicht und somit auf die Degradation der Leuchtdiode 2 . Dabei wird der Betriebsstrom I zur Messung der Vorwärtsspannung Vf vorteilhaft nicht zu klein gewählt , damit der gemessene Wert der Vorwärtsspannung Vf nicht oder möglichst wenig durch ein Rauschen beeinflusst wird . Des Weiteren ist der Betriebsstrom I zur Messung der Vorwärtsspannung Vf vorteilhaft nicht zu groß , damit die Degradation einen möglichst großen Ef fekt auf den gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf hat . Ein bevorzugter Bereich 12 von Betriebsströmen I , bei dem die Degradation der Leuchtdiode 2 aus dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung Vf bestimmt werden kann, ist in Figur 7 markiert .
Figur 8 zeigt den Pearsonschen Korrelationskoef fi zienten PC zwischen der relativen Änderung der Vorwärtsspannung Vf/Vfo und der relativen Änderung der Lichtstärke IV/ IVQ . Der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient PC ist aus den gemessenen Änderungen der Vorwärtsspannung Vf/Vfo und der Lichtstärke IV/ IVQ für eine Viel zahl gleicher Leuchtdioden 2 nach einer Betriebsdauer von 24 Stunden als Funktion des Betriebsstroms I . Der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient PC wird beispielsweise aus gemessenen Werten der Änderung der Vorwärtsspannung Vf/Vfo und der Änderung der Lichtstärke IV/ IVQ von zumindest einhundert gleichen Leuchtdioden 2 berechnet . Insbesondere sind in Figur 8 Pearsonsche Korrelationskoef fi zienten PC für drei verschiedene Typen von Leuchtdioden 21 , 22 , 23 gezeigt . Die erste Leuchtdiode 21 emittiert rotes Licht , während die zweite Leuchtdiode 22 grünes Licht emittiert und die dritte Leuchtdiode 23 blaues Licht emittiert .
Bei der ersten Leuchtdiode 21 und der zweiten Leuchtdiode 22 ist der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient PC bei einem Betriebsstrom I von ungefähr 100 Mikroampere am größten, während der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient PC bei der dritten Leuchtdiode 23 bei einem Betriebsstrom I von ungefähr 3 Milliampere am größten ist . Vorteilhaft wird der vorgegebene Betriebsstrom I zur Bestimmung der Degradation der Leuchtdioden 21 , 22 , 23 auf Basis der Messung des Wertes der Vorwärtsspannung Vf derart gewählt , dass der Pearsonsche Korrelationskoef fi zient PC bei diesem vorgegebenen Betriebsstrom I am größten ist . Dadurch kann die degradationsbedingte Änderung der Lichtstärke Iv der lichtemittierenden Dioden 21 , 22 , 23 durch die Messung der Vorwärtsspannung Vf mit hoher Genauigkeit kompensiert werden .
Figur 9 zeigt Messwerte einer relativen Änderung der Lichtstärke Iv/ Ivo als Funktion der relativen Änderung des Wertes der Vorwärtsspannung Vf/Vfo bei einem vorgegebenen Betriebsstrom I nach einer Betriebsdauer der Leuchtdiode 2 von 24 Stunden . Insbesondere sind Messwerte für eine Viel zahl von ersten, zweiten und dritten Leuchtdioden 21 , 22 , 23 gezeigt , die Teil eines optoelektronischen Moduls 1 sind, bei dem keine Kompensation der Degradation erfolgt . Der vorgegebene Betriebsstrom I zur Messung des Wertes der Vorwärtsspannung Vf ist wie in Verbindung mit Figur 8 beschrieben gewählt . Insbesondere zeigt Figur 9 lineare Zusammenhänge zwischen der relativen Änderung der Vorwärtsspannung Vf/Vfo und der relativen Änderung der Lichtstärke Iv/ Ivo, die durch lineare Regression der entsprechenden Messwerte für j eweils die erste , zweite und dritte Leuchtdiode 21 , 22 , 23 erhalten wurden . Der lineare Zusammenhang wird durch die Gleichung
Figure imgf000035_0001
parametrisiert , wobei A und B die Kompensationsparameter sind und die rechte Seite der Gleichung ( G3 ) dem Kompensations faktor aus Gleichung ( Gl ) entspricht , die in Verbindung mit Figur 6 beschrieben wurde . Durch die lineare Regression werden insbesondere die Kompensationsparameter A und B bestimmt , die im Verfahren zum Betrieb des optoelektronischen Moduls zur Kompensation der Degradation verwendet werden .
Die in Figur 9 gezeigten linearen Zusammenhänge sind insbesondere vom Punkt ( Iv/ Ivo, Vf/Vfo ) = ( 1 , 1 ) weg verschoben . In anderen Worten kann im statistischen Mittel eine Änderung der gemessenen Lichtstärke Iv vorliegen, obwohl sich die Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode 2 nicht geändert hat . Diese Abweichung kann beispielsweise durch eine alterungsbedingte Änderung eines Absorptionskoef fi zienten des Trägers 8 oder anderer Teile des optoelektronischen Moduls 1 entstehen, welcher die gemessene Lichtstärke Iv beeinflusst .
Figur 10 zeigt Messwerte der relative Änderung der Lichtstärke Ivc/ Ivo einer Viel zahl optoelektronischer Module 1 gemäß einem Aus führungsbeispiel , wobei die Degradation entsprechend dem hier beschriebenen Verfahren kompensiert wurde , als Funktion der relative Änderung der Lichtstärke Iv/ Ivo ohne Kompensation der Degradation . Insbesondere sind die Messwerte entlang der vertikalen Achse um Ivc/ Ivo = 1 zentriert . Dies zeigt , dass die Degradation durch das hier beschriebene Verfahren zumindest teilweise kompensiert werden kann .
Die Figuren 11 , 12 und 13 zeigen eine relative Änderung der Lichtstärke Ivc/ Ivo der Leuchtdiode 2 in einem optoelektronischen Modul 1 gemäß einem Aus führungsbeispiel , wobei die Degradation zumindest teilweise kompensiert wird, als Funktion der Betriebsdauer . Dabei zeigt Figur 11 die Änderung der Lichtstärke Iv für eine erste Leuchtdiode 21 , Figur 12 für eine zweite Leuchtdiode 22 und Figur 13 für eine dritte Leuchtdiode 23 gemäß dem Aus führungsbeispiel in Figur 4 . Die Kompensation erfolgt dabei wie in Verbindung mit dem Aus führungsbeispiel in Figur 6 beschrieben . Die punktierte Linie zeigt als Vergleich die relative Änderung der Lichtstärke Iv/ Ivo ohne Kompensation der Degradation der Leuchtdiode 2 . Insbesondere zeigen die Figuren 11 , 12 und 13 Mittelwerte der relativen Änderung der Lichtstärke Ivc/ Ivo, wobei die Lichtstärke Iv über 280 gleiche Leuchtdioden 2 gemittelt wurde . Des Weiteren ist eine drei fache Standardabweichung ( ±3o) der relativen Änderung der Lichtstärke Iv für eine Viel zahl von gleichen Leuchtdioden 2 gezeigt . Insbesondere zeigen die Figuren 11 , 12 und 13 , dass die Kompensation der Degradation gemäß dem hier beschriebenen Verfahren insbesondere bei langen Betriebsdauern wirkt .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102022129162 . 6 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . 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.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Modul
2 Leuchtdiode
21 erste Leuchtdiode
22 zweite Leuchtdiode
23 dritte Leuchtdiode
3 integrierter Schaltkreis
4 Analog-Digital-Wandler
5 Messkontrolleinheit
6 Speicher
7 Pulsweitenmodulator
8 Träger
9 Kontrolleinheit
10 Stromquelle
11 Anschlusskontakt
12 Bereich
101 erster Schritt
102 zweiter Schritt
103 dritter Schritt
104 vierter Schritt
A, B Kompensationsparameter
AUG Auger Rekombination
I Betriebsstrom
IQE interne Quantenef fi zienz
Iv Lichtstärke
Ivo Referenzwert der Lichtstärke
Ivc kompensierte Lichtstärke
PC Pearsonscher Korrelationskoef fi zient
SRH Shockley-Read-Hall Rekombination t Zeit
Vf Vorwärtsspannung
Vfo Referenzwert der Vorwärtsspannung VLED Versorgungsspannung
GND Referenzpotential

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Modul (1) , aufweisend:
- zumindest eine Leuchtdiode (2) , die im Betrieb Licht mit einer Lichtstärke (Iv) emittiert,
- einen integrierten Schaltkreis (3) , der im Betrieb einen Betriebsstrom (I) der Leuchtdiode (2) einstellt und einen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) der Leuchtdiode (2) misst, wobei
- der integrierte Schaltkreis (3) eine Degradation der Leuchtdiode (2) durch das Messen des Werts der Vorwärtsspannung (Vf) bestimmt und den elektrischen Betriebsstrom (I) in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) derart erhöht oder erniedrigt, dass eine Änderung der Lichtstärke (Iv) auf Grund der Degradation zumindest teilweise kompensiert wird, und
- der integrierte Schaltkreis (3) oder eine Messkontrolleinheit (5) zur Steuerung des integrierten Schaltkreises (3) einen Speicher (6) aufweist, in dem Kalibrationsdaten gespeichert sind, wobei die Kalibrationsdaten einen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) als Referenzwert zur Bestimmung der Degradation umfassen.
2. Optoelektronisches Modul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der integrierte Schaltkreis (3) einen Analog-Digital- Wandler (4) aufweist, der im Betrieb den Wert der Vorwärtsspannung (Vf) misst.
3. Optoelektronisches Modul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Speicher (6) der gemessene Wert der Vorwärtsspannung (Vf) gespeichert wird.
4. Optoelektronisches Modul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der integrierte Schaltkreis (3) einen Pulsweitenmodulator
(7) aufweist, und
- der Pulsweitenmodulator (7) den Betriebsstrom (I) der Leuchtdiode (2) zur Steuerung der Lichtstärke (Iv) moduliert.
5. Optoelektronisches Modul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das optoelektronische Modul (1) drei Leuchtdioden (21, 21, 22) aufweist, die im Betrieb Licht in einem roten, grünen, beziehungsweise blauen Spektralbereich emittieren,
- der integrierte Schaltkreis (3) elektrische Betriebsströme (I) der drei Leuchtdioden (21, 22, 23) getrennt voneinander steuert und die Werte der Vorwärtsspannungen (Vf) der drei Leuchtdioden (21, 22, 23) zur Bestimmung der Degradation unabhängig voneinander misst, und
- der integrierte Schaltkreis (3) die Änderung der Lichtstärke (Iv) jeder der drei Leuchtdioden (21, 22, 23) auf Grund der Degradation zumindest teilweise kompensiert.
6. Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Moduls (1) mit den Schritten:
- Einstellen einer Lichtstärke (Iv) zumindest einer Leuchtdiode (2) durch Steuerung eines elektrischen Betriebsstroms (I) mit einem integrierten Schaltkreis (3) ,
- Bestimmen einer Degradation der Leuchtdiode (2) durch Messung eines Werts einer Vorwärtsspannung (Vf) mit dem integrierten Schaltkreis (3) , wobei
- beim Einstellen der Lichtstärke (Iv) eine Änderung der Lichtstärke (Iv) auf Grund der Degradation durch Erhöhen oder Erniedrigen des elektrischen Betriebsstroms (I) als Funktion des gemessenen Werts der Vorwärtsspannung (Vf) kompensiert wird, und
- das optoelektronische Modul (1) vor einem ersten Betrieb kalibriert wird und das Kalibrieren einen Schritt umfasst, bei dem ein Wert der Vorwärtsspannung (Vf) der Leuchtdiode
(2) unter gleichen Bedingungen wie bei der Bestimmung der Degradation zu späteren Zeitpunkten gemessen und gespeichert wird .
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bestimmen der Degradation der Leuchtdiode (2) bei einem Einschalten der Leuchtdiode (2) und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Vorwärtsspannung (Vf) bei einem vorgegebenen Wert des Betriebsstroms (I) gemessen wird.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der vorgegebene Wert des elektrischen Betriebsstroms (I) zur Messung der Vorwärtsspannung (Vf) derart gewählt wird, dass eine statistische Korrelation zwischen einer Änderung der Vorwärtsspannung (Vf) und einer Änderung der Lichtstärke (Iv) auf Grund der Degradation der Leuchtdiode (2) nach einer vorgegebenen Betriebsdauer am größten ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der vorgegebene elektrische Betriebsstrom (I) zur Messung der Vorwärtsspannung (Vf) zwischen einschließlich 50 Mikroampere und einschließlich 5 Milliampere liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei beim Einstellen der Lichtstärke (Iv) der Leuchtdiode (2) der elektrische Betriebsstrom (I) mit einem Kompensationsfaktor korrigiert wird, der linear von dem gemessenen Wert der Vorwärtsspannung (Vf) abhängt.
12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- der Kompensationsfaktor von vorbestimmten Kompensationsparametern (A, B) abhängt, und
- die Kompensationsparameter (A, B) durch Messung der Änderung der Lichtstärke (Iv) auf Grund der Degradation bei einer Vielzahl gleicher Leuchtdioden (2) und eine nachfolgende statistische Auswertung bestimmt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei unmittelbar vor oder nach der Messung des Werts der Vorwärtsspannung (Vf) zur Bestimmung der Degradation eine Temperatur der Leuchtdiode (2) bestimmt wird.
14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Bestimmung der Temperatur der Leuchtdiode (2) über eine Messung des Werts der Vorwärtsspannung (Vf) bei einem vorgegebenen elektrischen Betriebsstrom (I) erfolgt, der größer als der elektrische Betriebsstrom (I) zur Bestimmung der Degradation ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei
- der gemessene Wert der Vorwärtsspannung (Vf) korrigiert wird, wenn die Temperatur bei der Bestimmung der Degradation der Leuchtdiode (2) von einer vorgegebenen Temperatur abweicht, und
- die Korrektur des gemessenen Werts der Vorwärtsspannung (Vf) anhand eines bekannten Zusammenhangs zwischen der Vorwärtsspannung (Vf) und der Temperatur der Leuchtdiode (2) bei einem vorgegebenen Betriebsstrom (I) erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei das Kalibrieren einen weiteren Schritt umfasst, bei dem ein Zusammenhang zwischen dem elektrischen Betriebsstrom (I) und der Lichtstärke (Iv) der Leuchtdiode (2) bestimmt wird.
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