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Leuchtdioden
(LEDs) sind ein attraktiver in Frage kommender Ersatz für herkömmliche
Lichtquellen, die auf Glühlampen
und Fluoreszenzleuchtröhren
basieren. LEDs besitzen eine größere Energieumwandlungseffizienz
als Glühlampen
und wesentlich längere
Lebensdauern als sowohl Glühlampen-
als auch Fluoreszenzlampenvorrichtungen. Zusätzlich erfordern Lichtvorrichtungen
auf LED-Basis nicht die hohen Spannungen, die Fluoreszenzlampen
zugeordnet sind.
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LEDs
sind besonders attraktive Lichtquellen für hintergrundbeleuchtete Anzeigen,
wie z. B. LCD-Tafeln, die Raumeinschränkungen aufweisen. Viele mobile
Elektronikvorrichtungen erfordern eine sehr dünne Hintergrundbeleuchtungsquelle. LCD-Anzeigen
zur Verwendung in Mobiltelefonen, PDAs und Laptop-Computern benötigen eine
Lichtquelle zum Beleuchten einer LCD-Tafel oder eines Tastenfelds.
Die Lichtquelle besteht typischerweise aus einem dünnen zweidimensionalen
flachen Lichtleiter, der von einer Kante oder Kanten der dünnen Schicht
beleuchtet wird. Licht wird in dem Lichtleiter durch Innenreflexion
eingefangen, bis das Licht durch Streuzentren auf eine der Oberflächen gestreut
wird. Das Streulicht verlässt
den Lichtleiter durch eine Oberfläche des Lichtleiters und wird
verwendet, um ein zweidimensionales Objekt, wie z. B. eine LCD-Tafel
oder ein Tastenfeld, zu beleuchten.
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Tragbare
Vorrichtungen stellen strenge Beschränkungen für die Dicke der Lichtquelle
dar. Die minimale Dicke der Vorrichtung ist durch die kombinierte
Dicke des Lichtleiters und des gerade beleuchteten Objekts festgelegt.
Idealerweise ist die Lichtquelle, die zur Beleuchtung der Kante
des Lichtleiters verwendet wird, kleiner als diese minimale Dicke,
so dass die LEDs die Dicke der Vorrichtung nicht erhöhen. Da
LEDs inhärent
kleine Lichtemitter sind, die mit den niedrigen Spannungen arbeiten
können,
die in derartigen tragbaren Vorrichtungen verfügbar sind, sind Lichtquellen,
die auf LEDs basieren, in derartigen Anwendungen von großem Interesse.
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Leider
weisen LEDs eine Anzahl von Problemen auf, die überwunden werden müssen, um
eine kostenwirksame Lösung
in derartigen Hintergrundbeleuchtungssystemen bereitzustellen. Erstens
sind LEDs Punktquellen mit relativ geringer Leistung. Die Hintergrundbeleuchtungsanwendungen
erfordern eine Lichtquelle, die eine lineare Geometrie und mehr Leistung,
als von einer einzelnen LED verfügbar
ist, aufweist. So muss eine Lichtquelle mit einer relativ großen Anzahl
einzelner LEDs aufgebaut werden.
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Zweitens
emittieren LEDs Licht in schmalen optischen Bändern. So müssen LEDs mit unterschiedlichen
Emissionsspektren zur Bereitstellung einer Lichtquelle, die ein
menschlicher Beobachter als eine bestimmte Farbe aufweisend wahrnimmt,
in die gleiche Lichtquelle kombiniert werden oder Leuchtstoffumwandlungsschichten
müssen
eingesetzt werden, um einen Teil des durch LED erzeugten Lichts
in Licht eines unterschiedlichen Spektrums umzuwandeln. Eine LED
z. B., die als Weißlicht
emittierend wahrgenommen wird, kann durch ein Kombinieren der Ausgabe
von LEDs mit Emissionsspektren in der roten, blauen und grünen Region
des Spektrums oder durch Verwenden einer blauemittierenden LED und
einer Leuchtstoffschicht, die einen Teil des Ausgabelichts in Licht
in der gelben Region des Spektrums umwandelt, aufgebaut sein. Für LCD-Anzeigen
ist üblicherweise
Licht erforderlich, das Emissionsbänder in der roten, blauen und
grünen
Region des Spektrums aufweist. So muss eine Lichtquelle auf LED-Basis
drei Typen von LEDs umfassen und für das Mischen des Lichts von
drei separaten Quellen sorgen.
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Drittens
ist Wärmeableitung
in dem Fall von Lichtquellen auf LED-Basis besonders wichtig. Die elektrische
Umwand lungseffizienz einer LED nimmt mit ansteigender Verbindungstemperatur
in der LED ab. So muss eine Lichtquelle auf LED-Basis, die eine beträchtliche
Wärmemenge
erzeugt, einen guten Wärmeleitungsweg
zum Ableiten der Wärme
von der LED aufweisen.
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Schließlich sind
die Kosten in den meisten dieser Anwendungen von größter Bedeutung.
In vielen Systemen des Stands der Technik ist die Lichtquelle aus
einzelnen LEDs aufgebaut, die auf der gedruckten Schaltungsplatine
(PCB) beinhaltet sind, die verwendet wird, um andere Teile der mobilen
Vorrichtung zu implementieren. Derartige speziell angefertigte Entwürfe erhöhen die
Kosten des Entwurfs, sowie die Produktzykluszeit. Zusätzlich beeinflusst die
Effizienz, mit der das Licht von der Lichtquelle in den Lichtleiter
gekoppelt wird, die Kosten der Lichtquelle, da Quellen mit schlechter
Lichtkopplungseffizienz mehr LEDs zur Bereitstellung des gleichen
Beleuchtungspegels benötigen.
Die Kopplungseffizienz beeinflusst außerdem die Wärme, die
abgeleitet werden muss, da die zusätzlichen LEDs, die erforderlich sind,
um eine schlechte Kopplungseffizienz zu überwinden, auch mehr Wärme erzeugen,
die abgeleitet werden muss.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle mit
verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lichtquelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Draufsicht einer Lichtquelle 30 von vorne;
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2 eine
perspektivische Draufsicht der Lichtquelle 30 von unten;
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3 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Lichtquelle 30 vor
einem Einkapseln der einzelnen LEDs;
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4 eine
Draufsicht der Lichtquelle 30;
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5 eine
Querschnittsansicht der Lichtquelle 30 durch eine Linie
5-5 aus 4, nachdem die LEDs eingekapselt
wurden;
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6A und 6B zwei
unterschiedliche Kuppeleinkapselungsschema ta;
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7 ein
Ausführungsbeispiel,
bei dem die Einkapselungsschicht zwei Unterschichten umfasst;
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8A ein
Verbindungsschema, bei dem die einzelnen LEDs jeder Farbe in Serie
geschaltet sind;
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8B das
in 8A gezeigte Verbindungsschema, das erweitert ist,
um eine zusätzliche Gruppe
von LEDs zu umfassen;
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9 eine
Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 eine
Draufsicht einer Lichtquelle gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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11 eine
Querschnittsansicht einer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst eine Lichtquelle mit einer Mehrzahl
von Chips, einem LED-Träger
und einer Abdeckung. Jeder Chip umfasst eine LED, wobei jeder Chip
eine obere Oberfläche,
eine untere Oberfläche
und eine oder mehrere Seitenoberflächen aufweist. Der LED-Träger umfasst einen
metallischen Kern mit einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei
die obere Oberfläche
mit einer Schaltungsschicht verbunden ist und die Chips mit der
Schaltungsschicht verbunden sind. Die Abdeckung ist mit dem LED-Träger verbunden.
Die Abdeckung umfasst eine erste Öffnung, die es ermöglicht, dass
Licht von den LEDs die Abdeckung verlassen kann, wobei die Öffnung Seiten
aufweist, die schräg nach
innern verlaufen, derart, dass Licht, das eine Seitenoberfläche eines
der Chips verlässt,
durch eine der Seiten aus der Öffnung
herausreflektiert wird. Eine kuppelförmige Einkapselungsschicht
bedeckt jeden der Chips. Die Einkapselungsschicht ist von den Seiten
der Öffnung
derart beabstandet, dass ein Luftzwischenraum zwischen den Einkapselungsschichten
und den Seiten vorliegt. Der Luftzwischenraum ist derart positioniert,
dass Licht, das die Seitenoberflächen
der Chips verlässt,
durch den Luftzwischenraum läuft,
bevor es durch eine der Seiten reflektiert wird. Bei einem Aspekt
der Erfindung umfasst die untere Oberfläche des Metallkerns eine äußere Oberfläche der
Lichtquelle und die Lichtquelle kann unter Verwendung von Löchern in
der Lichtquelle an einem äußeren Objekt
angebracht sein, derart, dass die untere Oberfläche in gutem Wärmekontakt
mit dem äußeren Objekt
steht.
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Die
Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung ihre Vorteile erzielt,
ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 leichter
verständlich,
die ein Ausführungsbeispiel
einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen. 1 ist eine perspektivische Draufsicht
einer Lichtquelle 30 von vorne und 2 ist eine
perspektivische Draufsicht der Lichtquelle 30 von unten. 3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Lichtquelle 30 vor einem
Einkapseln der einzelnen LEDs. 4 ist eine Draufsicht
der Lichtquelle 30 und 5 ist eine
Querschnittsansicht der Lichtquelle 30 durch eine Linie 5-5
aus 4, nachdem die LEDs eingekapselt wurden.
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Die
Lichtquelle 30 umfasst zwei Hauptanordnungen, einen LED-Träger 50 und
eine Abdeckung 40. Die Abdeckung 40 umfasst einen
Hohlraum, in den der LED-Träger 50 eingeführt ist.
Die Abdeckung 40 umfasst außerdem eine Öffnung 42,
durch die Licht von den LEDs, bei 56 gezeigt, die Lichtquelle 30 verlassen
kann. Die Seiten der Öffnung 42 sind
reflektierend und in einem Winkel abgeschrägt, um Licht, das die LEDs
durch die Seiten derselben verlässt,
in eine Richtung umzuleiten, die es ermöglicht, dass Licht die Lichtquelle 30 verlassen
kann.
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Der
LED-Träger 50 ist
ein Schaltungsträger 59,
der aus einer oder mehreren Metallschichten aufgebaut ist, die strukturiert
sind, um die Verbindungen zwischen den verschiedenen elektronischen
Komponenten in der Lichtquelle 30 bereitzustellen. Die Schaltungsschichten
sind mit einem Metallkern 52 verbunden, der Wärme von
den LEDs zu der Abdeckung 40 und zu den darunter liegenden
Strukturen, auf denen die Lichtquelle 30 befestigt ist, überträgt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der Kern aus einer Aluminiumlegierung aufgebaut. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Kern aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 10 W/m·K bei
25 Grad Celsius aufgebaut. Bei dem in den 1 bis 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist eine einzelne Metallschicht strukturiert, um die Leiterbahnen 54 und 55 bereitzustellen,
die verwendet werden, um die LED 56 durch einen Verbinder 32 mit
Leistung zu verbinden. Diese Schicht ist von dem Kern 52 durch eine
dünne isolierende
Schicht 53 getrennt, die eine Dicke von kleiner oder gleich
0,1016 Mirkometern (entspricht 4 Tausendstel Zoll) aufweist. Die
Metallschicht ist durch eine zweite dünne isolierende Schicht 58 bedeckt,
die verhin dert, dass die Signalleiterbahnen in der Metallschicht
mit der Abdeckung 40 kurzschließen.
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Der
Verbinder kann entweder ein männlicher oder
ein weiblicher Verbinder sein, der konfiguriert ist, um mit einem
entsprechenden Verbinder an einem Kabel oder einer anderen Vorrichtung
in dem Gerät,
in dem die Lichtquelle eingesetzt wird, zusammenzupassen. Bei den
oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist der Verbinder positioniert, um den entsprechenden Verbinder
in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des LED-Schaltungsträgers aufzunehmen.
Ausführungsbeispiele
jedoch, in denen der Verbinder derart befestigt ist, dass der entsprechende
Verbinder in einer Richtung senkrecht zu dieser Oberfläche aufgenommen
ist, könnten
ebenso aufgebaut werden.
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Jede
LED ist mit zwei Leiterbahnen innerhalb der Metallschicht verbunden.
Die erste Verbindung wird durch einen Anschluss an der Unterseite
der LED bereitgestellt und die zweite Verbindung wird durch einen
Anschluss an der Oberseite der LED durch eine Drahtbondverbindung 57 bereitgestellt.
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Jede
LED in der Lichtquelle 30 ist in einer kuppelförmigen Schicht
aus einem klaren Material eingekapselt, wie bei 60 gezeigt
ist. Diese Schicht dient einer Anzahl von Funktionen. Erstens schützt die
Schicht die LED 56 und die Drahtbondverbindung 57 vor
Umweltfaktoren. Der LED-Chip muss vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Zusätzlich
ist die Drahtbondverbindung zerbrechlich. Diesbezüglich sollte
angemerkt werden, dass, wenn alle LEDs in einer einzelnen Schicht
aus Einkapselungsmaterial eingekapselt sind, die mechanische Belastung
auf den Drahtbondverbindungen beim Erwärmen der Schicht aus Einkapselungsmaterial
wesentlich größer ist
als die Belastung, der jede Drahtbondverbindung ausgesetzt ist,
wenn die Chips einzeln eingekapselt sind.
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Zweitens
kann die Schicht als ein Träger
für Leuchtstoffe,
Lumineszenzmaterialien oder Farbstoffe verwendet werden. In Leuchtstoffumwandlungs-LEDs
wird das gesamte Licht oder ein Teil des Lichts, das durch die LED
emittiert wird, durch Leuchtstoffteilchen oder Lumineszenzmaterialien, die
typischerweise in einer Schicht aus einem klaren Einkapselungsmaterial
suspendiert sind, die über den
LEDs aufgebracht ist, in Licht eines unterschiedlichen Spektrums
umgewandelt. In dem Fall eines Farbstoffs wird das Licht von der
LED gefiltert, um Licht mit einem eingeschränkteren Spektrum als dem, das
durch die LED erzeugt wird, bereitzustellen.
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Schließlich verbessert,
was sehr wichtig ist, die kuppelförmige Schicht die Extraktion
des Lichts aus der LED. Wie oben angemerkt wurde, wird ein wesentlicher
Bruchteil des Lichts, das in der aktiven Schicht der LED erzeugt
wird, aufgrund des großen Unterschieds
bei dem Brechungsindex zwischen der LED und Luft durch Innenreflexion
an der Oberfläche der
LED in der LED eingefangen. Dieses Licht wird entweder in dem LED-Material
absorbiert oder verlässt
den Chip durch eine Seitenoberfläche
des Chips. Der Reflektor erfasst das Licht, das durch die Seitenoberfläche austritt,
und leitet das Licht in die Vorwärtsrichtung
um. Ein wesentlicher Bruchteil des eingefangenen Lichts jedoch geht
durch Absorption verloren, bevor das Licht den Chip verlassen kann. So
ist es von Vorteil, die Menge an Licht, die durch Innenreflexion
eingefangen wird, zu reduzieren.
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Die
kuppelförmige
Schicht reduziert die Menge an Licht, die eingefangen wird, durch
zwei Mechanismen. Erstens ist das Licht, das eingefangen wird, Licht,
das in Winkeln auf die LED-Oberfläche auftrifft, die größer sind
als der kritische Winkel in Bezug auf die Normale zu dieser Oberfläche. Der
kritische Winkel wiederum hängt
von dem Verhältnis
der Brechungsindizes zwischen der LED und dem Material auf der anderen
Seite der Oberfläche
ab. Wenn ein Material mit einem Brechungsindex, der zwischen dem
von Luft und dem der LED-Materialien liegt, auf die Oberfläche aufgetragen
wird, erhöht
sich der kritische Winkel und so gelangt eine wesentliche Menge des
Lichts, das verlogen gegangen wäre,
nun aus der LED heraus und in die aufgetragene Schicht. Zweitens
stellt die Kuppelform sicher, dass im Wesentlichen das gesamte Licht,
das in die aufgetragene Schicht eintritt, in Winkeln auf die Grenze
zwischen der aufgetragenen Schicht und Luft auftrifft, die kleiner
sind als der kritische Winkel in Bezug auf diese Oberfläche, und
so aus der aufgetragenen Schicht entweicht. Wenn die aufgetragene
Schicht nicht die Kuppelform hätte,
würde ein
wesentlicher Bruchteil des Lichts, das in diese Schicht gelangte,
in dieser Schicht eingefangen werden.
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Tatsächlich stellt
die Kuppel-Luft-Grenzfläche
die Extraktionsfunktion zum Sicherstellen, dass Licht, das in die
Einkapselungsschicht gelangt, die Einkapselungsschicht verlässt, bereit.
Diese Funktion nimmt jedoch an, dass die Quelle des Lichts, das auf
die Kuppeloberfläche
auftrifft, der LED-Chip ist. Nun wird Bezug auf die 6A und 6B genommen,
die zwei unterschiedliche Kuppeleinkapselungsschemata darstellen. 6A stellt
ein Kuppeleinkapselungsschema dar, in dem ein Chip 151 sich innerhalb
einer Kuppel 153 befindet, die auch einen Abschnitt eines
Reflektors 152 bedeckt. Das Licht, das die Seitenoberfläche des
Chips 151 verlässt,
trifft auf den Reflektor auf, bevor es auf die Oberfläche der Kuppel 153 auftrifft.
Die Reflexion verändert
den Winkel, in dem das Licht auf die Oberfläche der Kuppel auftrifft, derart,
dass das Licht nun in einem Winkel auf die Kuppeloberfläche auftrifft,
der größer ist
als der kritische Winkel θc in Bezug auf die Normale zu der Oberfläche der
Kuppel 153, und so wird das Licht innen reflektiert und
entweicht nicht aus der Kuppel. Schließlich entweicht ein Teil dieses
Lichts nach einer Anzahl zusätzlicher
Reflexionen aus der Kuppel; die erhöhte Weglänge und zusätzliche Reflexionen jedoch
führen
zu der Absorption eines Teils des Lichts. Nun wird Bezug auf 6B genommen,
die ein Einkapselungsschema darstellt, in dem die Kuppel 154 in
einer Art und Weise aufgebaut ist, die einen Luftzwischenraum zwischen
der Kuppel und dem Reflektor hinterlässt. In diesem Fall trifft
das Licht aus der LED 151 in einen Winkel auf die Kuppel 154 auf,
der kleiner ist als der kritische Winkel, und so entweicht seitlich
emittiertes Licht. Nachdem das Licht entweicht, trifft das Licht
auf den Reflektor 152 und wird in die Vorwärtsrichtung
umgeleitet. Entsprechend ist bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung die Kuppelstruktur von dem Reflektor durch einen Luftzwischenraum
getrennt, derart, dass Licht, das die Seitenoberfläche des
Chips verlässt,
die Einkapselungskuppel vor einem Auftreffen auf den Reflektor verlässt.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung verwenden eine einzelne Schicht aus Einkapselungsmaterial.
Ausführungsbeispiele
jedoch, in denen das Einkapselungsmedium mehrere Schichten umfasst,
können
ebenso aufgebaut werden. Nun wird Bezug auf 7 genommen,
die ein Ausführungsbeispiel
darstellt, in dem die Einkapselungsschicht zwei Unterschichten umfasst.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Chip 161 zwischen dem Substrat 160 und
einer ersten Unterschicht 162 eingekapselt. Der eingekapselte
Chip wird dann mit einer kuppelförmigen
Schicht 163 bedeckt, die die Lichtextraktionsfunktion bereitstellt,
die oben erläutert
wurde. Die Unterschicht 162 könnte ein Material umfassen,
das das Spektrum von Licht von demjenigen, das durch den Chip 161 emittiert wird,
verändert.
Die Unterschicht 162 könnte
z. B. ein Leuchtstoff- oder Lumineszenzmaterial umfassen, das das
gesamte Licht oder einen Teil des Lichts von der LED 161 absorbiert
und Licht eines unterschiedlichen Spektrums emittiert. Zusätzlich könnte die
Unterschicht 162 einen Farbstoff umfassen, der Licht in einem
Teil des Spektrums absorbiert, ohne das Licht erneut in der optischen
Region des Spektrums zuzulassen. Die Leuchtstoffe oder Lumineszenzmaterialien
könnten
in einer Teilchenform vorliegen oder in dem Material der Unterschicht 162 löslich sein.
Da derartige Materialien Licht in alle Richtungen emittieren, nachdem
sie durch das Licht von der LED 161 angeregt wurden, wird
die sichtbare Größe der Lichtquelle
auf die Größe der Unterschicht 162 verändert. Entsprechend
sollte die Größe der kuppelförmigen Unterschicht 163 ausreichen,
um sicherzustellen, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, das
die Unterschicht 162 verlässt, in Winkeln auf die kuppelförmige Oberfläche auftrifft,
die kleiner sind als der kritische Winkel in Bezug auf die Luft-Einkapselungsmaterial-Grenze
der Unterschicht 163.
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Nun
wird Bezug auf 8A genommen, die ein Verbindungsschema
darstellt, in dem die einzelnen LEDs jeder Farbe in Serie geschaltet
sind. Bei dieser Anordnung umfasst die in 5 gezeigte
Metallschicht drei Metallleiterbahnen 101 bis 103,
die Zwischenräume,
wie z. B. einen Zwischenraum 105, an jedem Punkt umfassen,
an dem eine LED angeschlossen werden soll. Alle blauen LEDs 111 sind
mit der Leiterbahn 101 verbunden, derart, dass die LED die
Schaltung über
einen der Zwischenräume
in der Leiterbahn 101 schließt. Ähnlich sind die grünen LEDs 112 über die
Zwischenräume
in der Leiterbahn 102 geschaltet und die roten LEDs 113 sind über die Zwischenräume in der
Leiterbahn 103 geschaltet. Die Enden jeder Leiterbahn sind
mit Leitern in einem Verbinder 32 verbunden.
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Während das
in 8A gezeigte Ausführungsbeispiel drei Gruppen
von LEDs aufweist, sind Ausführungsbeispiele
mit anderen Anzahlen von Gruppen in bestimmten Situationen ebenso
nützlich. Zum
Beispiel erfordert eine einfarbige Quelle nur eine Gruppe von LEDs.
Ferner stellen Ausführungsbeispiele,
die vier Gruppen von LEDs aufweisen, eine Anzahl von Vorteilen bereit.
Nun wird Bezug auf 8B genommen, die das Verbindungsschema, das
in 8A gezeigt ist, in erweiterter Form darstellt,
um eine zusätzliche
Gruppe von LEDs, die mit „X" bezeichnet sind,
zu umfassen. Die zusätzliche Gruppe
ist durch die Bereitstellung eines zusätzlichen Leiters 104 implementiert,
der Zwischenräume für die neue
Gruppe von bei 114 gezeigten LEDs aufweist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist X eine zusätzliche
grüne LED.
Die relative Wirksamkeit grüner LEDs
ist wesentlich kleiner als diejeniger roter und blauer LEDs. So
sind in Ausführungsbeispielen,
in denen die LEDs nahe bei den maximalen Nennströmen betrieben werden sollen,
zusätzliche
grüne LEDs
nötig,
um den gleichen Bereich von Farben bereitzustellen und dennoch die
roten und blauen LEDs nahe dem maximalen Strom für diese LEDs beizubehalten.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist X eine „weiße" LED. Weiße LEDs,
basierend auf blauen LEDs, die durch einen gelben Leuchtstoff bedeckt
sind, der einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht umwandelt,
weisen eine größere Leistungsumwandlungseffizienz
auf als Weißlichtquellen,
die aus roten, blauen und grünen
LEDs aufgebaut sind. In vielen Anwendungen jedoch ist eine Weißlichtquelle nützlich,
die einen eingeschränkten
Bereich von Farbabstimmung um das Weißlicht herum, das durch die
weiße
LED bereitgestellt wird, aufweist.
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Bei
wiederum einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist X eine bernsteinfarbige oder cyanfarbige LED. Derartige Lichtquellen
weisen eine breitere Farbpalette auf und sind so in spezifischen
Anwendungen, die Farbpunkte in der bernsteinfarbigen oder cyanfarbigen
Region des Farbraums benötigen, nützlich.
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Die
minimale Breite der oben erläuterten Ausführungsbeispiele
wird durch die Größe einer
in 3 gezeigten Öffnung 42 und
die Größe des Verbinders 32 bestimmt.
Wenn eine Lichtquelle mit reduzierter Breite benötigt wird, kann der Verbinder 32 an dem
Ende der Reihe von LEDs platziert werden, derart, dass der Verbinder
die Breite oder Länge
der Lichtquelle nicht erhöht.
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Nun
wird Bezug auf 9 genommen, die eine Draufsicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Lichtquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung ist. Eine Lichtquelle 120 umfasst eine Mehrzahl
von LEDs 122, die in einer Öffnung 121 in einer
Abdeckung 125 positioniert sind. Die LEDs sind auf einem Schaltungsträger angeordnet,
der analog zu demjenigen ist, der oben beschrieben wurde. Die Leiterbahnen
auf dem Schaltungsträger
sind mit einem Verbinder 123 verbunden, der in einer Öffnung in
der Abdeckung 125 an dem Ende der Abdeckung 125 positioniert
ist.
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Während der
Verbinder 123 als in eine Öffnung in der Abdeckung 125 mit
drei Seiten eingesetzt gezeigt ist, soll angemerkt werden, dass
Seiten 126 und 127 optional sind. Dies bedeutet,
dass die Abdeckung 125 einfach enden könnte und den Abschnitt des
darunter liegenden Schaltungsträgers,
an dem die Verbinderanschlussflächen
frei liegen, lässt.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung verwenden eine Anordnung mit einer Reihe
von LEDs. Ausführungsbeispiele
mit mehreren Reihen von LEDs könnten
jedoch ebenso aufgebaut werden. Nun wird Bezug auf 10 genommen,
die eine Draufsicht einer Lichtquelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist. Die Lichtquelle 130 umfasst
drei Reihen von LEDs, die bei 131 bis 133 gezeigt
sind. Jede Reihe von LEDs ist durch einen Reflektor des oben beschriebenen
Typs umgeben.
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Wie
zuvor bei der Beschreibung der 1 bis 5 angemerkt
wurde, könnten
die Abdeckung und der Träger
Löcher 41 und 51 umfassen,
die einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 48 umfassen.
Die Löcher
können
verwendet werden, um die Abdeckung mit dem Basisabschnitt unter
Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Verbinders zu verbinden,
wenn keine Haftmittelverbindung eingesetzt wird. Zusätzlich können die
Löcher
eingesetzt werden, um die Lichtquelle mit einer darunter liegenden
Oberfläche
zu verbinden, um die Übertragung
von Wärme
von den LEDs zu der in Frage kommenden Oberfläche zu erleichtern. Nun wird
Bezug auf 11 genommen, die eine Querschnittsansicht einer
Lichtquelle gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist. Eine Lichtquelle 170 umfasst
ein mit einem Gewinde versehenes Loch 176 in einer Abdeckung 172,
das mit einem Loch in einem Träger 174 ausgerichtet
ist, derart, dass ein Bolzen 171 verwendet werden kann,
um die Lichtquelle 170 mit einem Substrat 173 mit
ausreichender Kraft zu verbinden, um die Übertragung von Wärme von
LEDs 175 zu dem Substrat 713 zu erleichtern.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung verwenden eine kuppelförmige Einkapselungsschicht über jedem Chip.
Zu Zwecken dieser Anmeldung ist eine Schicht als „kuppelförmig" definiert, wenn
die Schicht eine konvexe Oberfläche
gegenüber
der Oberfläche
der LED aufweist, die das Licht emittiert, und der Krümmungsradius
der Oberfläche
derart ist, dass Licht, das diese Oberfläche der LED verlässt, in
Winkeln relativ zu der Normalen zu der Oberfläche auf die Oberfläche auftrifft,
die es ermöglichen,
dass das Licht durch die Oberfläche
der kuppelförmigen
Schicht entweichen kann. Allgemein ist das Licht, das die Oberfläche der
LED verlässt,
auf einen Kegel von Winkeln um die Normale zu dieser Oberfläche begrenzt.
Der Kegel von Winkeln ist durch den Unterschied eines Brechungsindex
zwischen dem Material, aus dem die LED aufgebaut ist, und dem Einkapselungsmaterial
bestimmt. Ähnlich
hängt der
Kegel von Winkeln um die Normale zu der kuppelförmigen Oberfläche, durch
die Licht aus dieser Schicht austreten kann, von dem Brechungsindex
des Einkapselungsmaterials und der Luft ab. Das Licht, das aus der
Kuppel entweicht, hängt
außerdem
etwas von dem Ort auf dem Chip ab, an dem das Licht aus dem Chip
austritt, da die Chips eine endliche Größe aufweisen.
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Bei
der obigen Beschreibung spricht man davon, dass eine Schicht ein
Objekt einkapselt, wenn diese Schicht gemeinsam mit einer Schicht
aus undurchdringbarem Material, an der das Objekt angebracht ist,
das Objekt umgibt. So ist ein Chip, der mit einer ersten Oberfläche verbunden
ist und durch eine Schicht aus einem Material bedeckt ist, als durch
die Schicht des Materials „eingekapselt" definiert.
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Verschiedene
Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
auf dem Gebiet aus der vorstehenden Beschreibung und den beiliegenden
Zeichnungen ersichtlich werden. Entsprechend soll die vorliegende
Erfindung lediglich durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschränkt sein.