DE102018122275A1

DE102018122275A1 - Lichtemittierendes bauteil und verfahren zum betreiben eines lichtemittierenden bauteils

Info

Publication number: DE102018122275A1
Application number: DE102018122275.0A
Authority: DE
Inventors: Hubert Halbritter; Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US11391440B2; US20210341130A1; WO2020053289A1

Abstract

Lichtemittierendes Bauteil (10) mit einer Lichtquelle (100) und einem der Lichtquelle (100) in einer Abstrahlrichtung (Z) nachgeordneten Dimmelement (200), wobei
- die Lichtquelle (100) mindestens einen Emitter (101) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, Licht (L1) zu emittieren, und
- eine Helligkeit eines von dem lichtemittierenden Bauteil (10) abgestrahlten Lichts (L3) einstellbar ist, wobei
- die Einstellung Helligkeit teilweise mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals für den Emitter (101) einstellbar ist, und
- die Helligkeit teilweise mittels teilweiser Absorption und/oder Reflektion des vom Emitter (101) emittierten Lichts (L) im Dimmelement (200) einstellbar ist.

Description

Es wird ein lichtemittierendes Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines lichtemittierenden Bauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein lichtemittierendes Bauteil anzugeben, das ein verbessertes Abstrahlverhalten, insbesondere eine bessere Dimmbarkeit, aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen lichtemittierenden Bauteils anzugeben.
Diese Aufgaben werden insbesondere durch die Gegenstände bzw. Verfahren gemäß den Patentansprüchen gelöste, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug in die Beschreibung aufgenommen wird.
Ein hier beschriebenes lichtemittierendes Bauteil umfasst mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein der Lichtquelle in einer Abstrahlrichtung nachgeordnetes Dimmelement. Die Lichtquelle umfasst mindestens einen Emitter, welcher dazu eingerichtet ist, Licht zu emittieren. Eine Helligkeit eines von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts ist einstellbar. Die Einstellung der Helligkeit erfolgt zu einem ersten Teil mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals für den Emitter und zu einem zweiten Teil mittels teilweiser Absorption und/oder Reflexion des von dem Emitter emittierten Lichts in dem Dimmelement.
Das lichtemittierende Bauteil ist dazu eingerichtet, Licht mit einer vorgebbaren Helligkeit zu emittieren. Die Helligkeit des lichtemittierenden Bauteils ist teilweise mittels eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals für den Emitter einstellbar, bei dem eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom zwischen zwei Werten wechselt. Dabei wird bei konstanter Frequenz ein Tastgrad eines Rechteckpulses moduliert. Mittels des Tastgrads des Betriebssignals ist eine Helligkeit des von dem Emitter emittierten Lichts einstellbar. Jede Helligkeitsabstufung des von dem Emitter emittierten Lichts entspricht einem festgelegten Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals.
Zusätzlich ist die Helligkeit des vom Bauteil abgestrahlten Lichts teilweise mittels teilweiser Absorption und/oder Reflexion des vom Emitter emittierten Lichts in dem Dimmelement einstellbar. Beispielsweise weist das Dimmelement ein Dimmvermögen auf, welches einstellbar ist. Hier und im Folgenden wird mit „Dimmvermögen“ das Absorptions- und/oder Reflektionsvermögen bezeichnet. Mittels Einstellen des Dimmvermögens ist vorgebbar, wie groß der Anteil des Lichts ist, welches das Dimmelement durchläuft, ohne dabei reflektiert und/oder absorbiert zu werden. Beispielsweise weist das Dimmelement mehrere diskrete Zustände auf, in denen das Dimmvermögen des Dimmelements unterschiedlich ist. Somit ist mittels des Dimmelements die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar.
Dem lichtemittierenden Bauteil liegt unter anderem die Idee zugrunde, dass die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts teilweise mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals für den Emitter und teilweise mittels Absorption und/oder Reflexion des vom Emitter emittierten Lichts einstellbar ist. Damit ist die Helligkeit in einem besonders großen Dynamikbereich einstellbar.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Kombination aus pulsweitenmoduliertem und/oder amplitudenmoduliertem Betriebssignal und Dimmelement einen besonders großen Dynamikbereich, in dem die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar ist. Außerdem vereinfacht die genannte Kombination ein besonders kleinschrittiges Einstellen dieser Helligkeit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lichtquelle zumindest einen Emitter erster Art, zumindest einen Emitter zweiter Art und zumindest einen Emitter dritter Art, welche dazu eingerichtet sind, Licht unterschiedlicher Farborte zu emittieren, wobei den Emittern in ihrer Abstrahlrichtung ein gemeinsames Dimmelement nachgeordnet ist. Beispielsweise ist der Emitter erster Art dazu eingerichtet, Licht eines roten Farbortes zu emittieren, ist der Emitter zweiter Art dazu eingerichtet Licht eines grünen Farbortes zu emittieren, und ist der Emitter dritter Art dazu eingerichtet Licht eines blauen Farbortes zu emittieren. Das von den Emittern unterschiedlicher Art emittierte Licht wird durchmischt und als durchmischtes Licht von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlt. Mittels separaten Ansteuerns der Emitter unterschiedlicher Art ist somit der Farbort des von dem lichtemittierenden Bauteil emittierten Lichts einstellbar.
Das Dimmelement, welches den Emittern gemeinsam in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, ist beispielsweise durchgehend und einfach zusammenhängend ausgebildet.
Insbesondere weist das Dimmelement quer, insbesondere senkrecht zur Abstrahlrichtung des lichtemittierenden Bauteils ein im Wesentlichen gleichbleibendes Dimmvermögen auf. Insbesondere variiert die Transparenz des Dimmelements für das von den Emittern ausgesandte Licht entlang einer Hauptfläche des Dimmelements maximal um 5 % absolut, bevorzugt maximal um 1 % absolut.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Dimmelement eine Flüssigkristallschicht, deren Dimmvermögen, insbesondere mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen an die Flüssigkristallschicht während des Betriebs des Bauteils, variabel einstellbar ist. Die Flüssigkristallschicht ist dazu vorgesehen, Licht, welches die Flüssigkristallschicht durchläuft, in einer vorgebbaren Richtung linear zu polarisieren. Mittels Anlegen der unterschiedlichen elektrischen Spannungen ist vorgebbar in welcher Richtung aus der die Flüssigkristallschicht austretendes Licht polarisiert ist.
Der Flüssigkristallschicht kann ein Polarisationsfilter in der Abstrahlrichtung nachgeordnet sein. Mittels der Flüssigkristallschicht ist einstellbar, welcher Anteil des aus der Flüssigkristallschicht austretenden Lichts im nachgeordneten Polarisationsfilter reflektiert und/oder absorbiert wird. Somit ist mittels Anlegen einer Spannung an der Flüssigkristallschicht die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar.
Gemäß einer anderen oder weitergehenden Ausführungsform umfasst das Dimmelement eine elektrochrome Schicht, deren Dimmvermögen mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen an diese während des Betriebs des Bauteils einstellbar ist. Beispielsweise umfasst die elektrochrome Schicht Übergangsmetalloxide, insbesondere Wolframoxid, Komplexverbindungen, insbesondere Berliner Blau, oder ein leitfähiges Polymer. Beispielsweise wird mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen eine Redoxreaktion, insbesondere reversible Redoxreaktion, in der elektrochromen Schicht verursacht, wodurch sich die Transparenz der elektrochromen Schicht für die von dem/den Emitter/n emittierte Strahlung verändert.
Gemäß einer anderen oder weitergehenden Ausführungsform umfasst das Dimmelement Absorber- und/oder Reflektorpartikel in einer Suspension, wobei das Dimmvermögen der Suspension mittels Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes an die Suspension während des Betriebs des Bauteils variabel einstellbar ist.
Beispielsweise sind in einem ersten Zustand, in welchem kein elektrisches oder magnetisches Feld an der Suspension angelegt ist, die Absorber- und/oder Reflektorpartikel innerhalb der Suspension zufällig orientiert. Die Suspension durchlaufendes Licht trifft mit einer hohen Wahrscheinlichkeit auf einen Absorber- und/oder Reflektorpartikel und wird absorbiert oder reflektiert. Beispielsweise wird in dem ersten Zustand das Dimmelement durchlaufendes Licht zu 90% absorbiert und/oder reflektiert.
In einem zweiten Zustand, in welchem ein elektrisches oder magnetisches Feld an der Suspension angelegt ist, sind die Absorber und/oder Reflektorpartikel relativ zueinander entlang der Abstrahlrichtung ausgerichtet. Beispielsweise umfasst das Dimmelement zwei Elektroden, an denen eine elektrische Spannung anlegbar ist, sodass die Suspension in einem elektrischen Feld zwischen den Elektroden angeordnet ist. Insbesondere verlaufen die Feldlinien des elektrischen oder magnetischen Feldes entlang der Abstrahlrichtung des lichtemittierenden Bauteils. Im zweiten Zustand trifft die Suspension durchlaufendes Licht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auf ein Absorber- und/oder Reflektorpartikel als im ersten Zustand. Folglich wird im zweiten Zustand ein geringerer Anteil des das Dimmelement durchlaufenden Lichts absorbiert und/oder reflektiert. Somit ist mittels dem Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes an der Suspension, das Dimmvermögen der Suspension einstellbar.
Gemäß einer anderen oder weitergehenden Ausführungsform weist das Dimmelement mindestens eine Flüssigkeitskammer auf, deren Volumen veränderbar ist. Die Flüssigkeitskammer ist mit einer reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit befüllt, und das Dimmvermögen des Dimmelements ist mittels Verändern des Volumens der Flüssigkeitskammer während des Betriebs des Bauteils variabel einstellbar. Mittels einer Vergrößerung des Volumens der Flüssigkeitskammer wird eine Weglänge, welche Licht innerhalb der reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit zurücklegt, vergrößert. Eine vergrößerte Weglänge des Lichts innerhalb der reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit erhöht die Wahrscheinlichkeit für eine Reflexion und/oder Absorption des Lichts innerhalb der Flüssigkeit. Je größer das Volumen der Flüssigkeitskammer desto geringer die Transparenz des Dimmelements.
Beispielsweise umfasst das lichtemittierende Bauteil eine Pumpe, mittels der die reflektierende oder absorbierende Flüssigkeit von der Flüssigkeitskammer abgeführt oder zugeführt wird.
Gemäß einer anderen oder weitergehenden Ausführungsform umfasst das Dimmelement eine Dimmschicht, deren Dimmvermögen entlang einer ihrer Erstreckungsrichtungen quer zur Abstrahlrichtung steigt. Die Dimmschicht umfasst ein lichtabsorbierendes und/oder -reflektierendes Material. Beispielsweise ist die Dimmschicht auf einer Trägerschicht angeordnet, wobei die Trägerschicht als mechanisch tragende Komponente des Dimmelements fungiert. Insbesondere ist die Dimmschicht mehrfach zusammenhängend oder nicht zusammenhängend ausgebildet. „Mehrfach zusammenhängend“ beschriebt hier und im Folgenden eine Topologie, bei der Teilbereiche beispielsweise einer Schicht an mehreren Stellen miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, umfasst eine mehrfach zusammenhängende Schicht Aussparungen, welche in zumindest einer Draufsicht vollständig von der Schicht umgeben sind. Die Dimmschicht umfasst beispielsweise ein Metall, insbesondere Chrom, zur Reflexion und/oder Absorption von Licht.
Beispielsweise steigt das Dimmvermögen der Dimmschicht entlang der Erstreckungsrichtung aufgrund einer zunehmenden Dicke der Dimmschicht entlang der Erstreckungsrichtung. Die Dicke der Dimmschicht wird dabei entlang der Abstrahlrichtung des lichtemittierenden Bauteils gemessen.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Dimmschicht Aussparungen auf, welche die Dimmschicht in der Abstrahlrichtung vollständig durchdringen. Das Dimmvermögen der Dimmschicht steigt, da ein Flächenanteil der Aussparungen an der Dimmschicht entlang der Erstreckungsrichtung abnimmt.
Um in einer Erstreckungsrichtung quer zur Abstrahlrichtung das Dimmvermögen der Dimmschicht beispielsweise zu erhöhen, verringert sich entlang dieser Erstreckungsrichtung der Flächenanteil der Aussparungen. Beispielsweise verkleinert sich dazu die Größe der Aussparungen entlang der Erstreckungsrichtung bei gleichbleibender Rasterung. Alternativ verkleinert sich die Anzahl der Aussparungen pro Flächeneinheit entlang der Erstreckungsrichtung.
Beispielsweise weisen die Aussparungen entlang einer Hauptfläche der Dimmschicht einen mittleren Durchmesser im Submikrometerbereich auf. Insbesondere sind die Aussparungen lithografisch in der Dimmschicht hergestellt.
Bei den beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsformen ist die Dimmschicht entlang der Erstreckungsrichtung relativ zur Lichtquelle verschiebbar, und ein Grad der Absorption und/oder Reflexion des von dem Emitter emittierten Lichts ist mittels Verschieben der Dimmschicht relativ zur Lichtquelle während des Betriebs des Bauteils variierbar. Beispielsweise wird mittels Verschieben der Dimmschicht entlang der Erstreckungsrichtung relativ zur Lichtquelle die Dicke der Dimmschicht, welche von dem von dem Emitter emittierten Licht durchlaufen wird, verändert. Somit wird ein veränderter Anteil des von dem Emitter emittierten Lichts absorbiert und/oder reflektiert. Alternativ wird mittels Verschieben der Dimmschicht der Flächenanteil der Aussparungen verändert, welche der Lichtquelle in Abstrahlrichtung X nachgeordnet ist, sodass ein veränderter Anteil des von der Lichtquelle emittierten Lichts absorbiert und/oder reflektiert wird.
Gemäß einer anderen oder weitergehenden Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Bauteil zumindest zwei Emitter derselben Art, welche dazu eingerichtet sind, Licht eines im Wesentlichen gleichen Farborts zu emittieren. Das Dimmelement umfasst hierbei mindestens zwei Segmente, wobei jedem der mindestens zwei Emitter eines der Segmente zugeordnet ist, und die Segmente voneinander verschiedene Dimmvermögen für das von den Emittern emittierte Licht aufweisen. Die Segmente sind folglich dazu eingerichtet, von Emittern gleicher Art jeweils einen unterschiedlichen Anteil des emittierten Lichts zu reflektieren und/oder zu absorbieren. Somit ist es möglich, mittels Betreiben unterschiedlicher Emitter derselben Art, die Helligkeit der Lichtquelle bei gleichbleibendem Farbort zu verändern.
Beispielsweise sind die mindestens zwei Segmente mit einem reflektierenden und/oder absorbierenden Material in unterschiedlicher Schichtdicke gebildet. Alternativ weisen die mindestens zwei Segmente beispielsweise jeweils eine Apertur auf, deren Durchmesser voneinander verschieden sind, sodass ein unterschiedlicher Anteil von im Emitter erzeugtem Licht durch die Apertur emittiert wird. Alternativ sind die mindestens zwei Segmente mit unterschiedlichen Materialien gebildet, welche sich in ihrer Transparenz für das von den Emittern ausgesandte Licht unterscheiden.
Ein lichtemittierendes Bauteil gemäß der zuletzt beschriebenen Ausführungsform weist beispielsweise zumindest zwei Emitter erster Art, zumindest zwei Emitter zweiter Art und zumindest zwei Emitter dritter Art und ein Dimmelement mit mindestens sechs Segmenten auf, wobei jedem der Emitter eines der Segmente zugeordnet ist. Auf diese Weise kann alleine mittels der Segmente ein Bildpunkt in zwei unterschiedlichen Helligkeitsstufen dargestellt werden. Nach diesem Prinzip lassen sich grundsätzlich auch noch mehr Helligkeitsstufen darstellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauteil eine Bildanzeigevorrichtung, wobei das lichtemittierende Bauteil eine Vielzahl von Lichtquellen umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, und der Farbort des von den Lichtquellen emittierten Lichts jeweils einzeln einstellbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Bildanzeigevorrichtung um einen Bildschirm zur Anzeige von zweidimensionalen Bildinformationen. Insbesondere ist mit jeder Lichtquelle ein Bildpunkt der Bildanzeigevorrichtung darstellbar. Insbesondere ist mit jeder Lichtquelle ein Bildpunkt der Bildanzeigevorrichtung darstellbar.
Vorteilhafterweise ist die Bildanzeigevorrichtung besonders gut zum Einsatz in einer Umgebung mit sich stark veränderndem Umgebungslicht geeignet, da aufgrund des großen Dynamikbereichs die Helligkeit der Bildanzeigevorrichtung besonders anpassbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist den Lichtquellen beispielsweise der Bildanzeigevorrichtung ein gemeinsames Dimmelement nachgeordnet. Das Dimmelement reflektiert und/oder absorbiert von allen Lichtquellen im Wesentlichen einen gleichen Anteil des von diesen emittierten Lichts. Insbesondere weist das Dimmelement eine homogene Transparenz für das von den Lichtquellen emittierte Licht auf. Hier und im Folgenden wird unter homogen verstanden, dass die Transparenz insoweit homogen ist, dass etwaig messbare Inhomogenitäten vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Beispielsweise ist die Transparenz des Dimmelements unabhängig von der Wellenlänge des zu absorbierenden und/oder reflektierenden Lichts.
Gemäß einer Ausführungsform eines Bildanzeigeelements umfasst dieses ein Dimmelement mit einer zuvor beschriebenen Flüssigkeitskammer. Die Flüssigkeitskammer umfasst eine Vielzahl von Abschnitten, wobei jeder Lichtquelle einer der Abschnitte zugeordnet ist, und die Abschnitte mit Kanälen miteinander verbunden sind, und die Kanäle und die Abschnitte ein zusammenhängendes Volumen bilden. Vorteilhafterweise ermöglicht eine Unterteilung der Flüssigkeitskammer in eine Vielzahl von Abschnitten eine besonders exakte Anpassung des Volumens der Flüssigkeitskammer, sodass das Dimmvermögen des Dimmelements für alle Lichtquellen in besonders geringem Maße variiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist das lichtemittierende Bauteil, welches beispielsweise das Bildanzeigeelement ist, mit einem Dimmelement gebildet, welches eine Dimmschicht umfasst. Das Dimmvermögen der Dimmschicht variiert entlang der Erstreckungsrichtung der Dimmschicht periodisch mit einer Periodizität, welche den Abständen der Lichtquellen zueinander entspricht. Beispielsweise ist jeder Lichtquelle ein Bereich der Dimmschicht zugeordnet, in welchem das Dimmvermögen der Dimmschicht ein lokales Minimum und ein lokales Maximum aufweist. Insbesondere wird mittels Verschieben der Dimmschicht relativ zu den Lichtquellen deren Absorptions- und/oder Reflexionsvermögen für alle Emitter in einem gleichen Maße verändert. Insbesondere sind die Lichtquellen und die Dimmschicht relativ zueinander so ausgerichtet, dass in jeder Verschiebeposition entlang der Erstreckungsrichtung das von jeder Lichtquelle emittierte Licht zu einem gleichen Anteil in der Dimmschicht absorbiert und/oder reflektiert wird.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines lichtemittierenden Bauteils angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes lichtemittierendes Bauteil betrieben werden. Das heißt, sämtliche für das lichtemittierende Bauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Lichtquelle mit einer Wiederholungsrate von zumindest 60 Hz betrieben. Insbesondere wird die Lichtquelle mit einer Wiederholungsrate von zumindest 100 Hz betrieben. Beispielsweise ist das lichtemittierende Bauteil ein Bildanzeigeelement, welches dazu eingerichtet ist, Bilder mit einer Wiederholungsrate von zumindest 60 Hz, bevorzugt zumindest 100 Hz, anzuzeigen.
Das von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlte Licht weist eine Farbtiefe von zumindest 18 Bit auf, wobei zumindest 6 Bit der Farbtiefe mittels des der Lichtquelle in Abstrahlrichtung nachgeordneten Dimmelements eingestellt werden, und ein verbleibender Anteil der Farbtiefe mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals der Emitter eingestellt wird. Insbesondere werden maximal 12 Bit der Farbtiefe mittels des pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals der Emitter eingestellt.
Die Farbtiefe des emittierten Lichts beschreibt, wie genau diskrete Helligkeitswerte des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar sind. Die Farbtiefe ist in Bit angegeben und beschreibt im binären Zahlenraum die Anzahl der möglichen diskreten Zustände und somit die Anzahl der möglichen diskreten Helligkeitsabstufungen innerhalb eines Dynamikbereichs.
Der Dynamikbereich umfasst den Bereich, innerhalb dessen die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar ist. Der Dynamikbereich wird durch das Verhältnis der maximalen Helligkeit zur minimalen Helligkeit angegeben. Die Abstufungen sind dabei lineare Abstufungen zwischen einem maximalen und einem minimalen Helligkeitswert des mittels des lichtemittierenden Bauteils abgestrahlten Lichts.
Beispielsweise weist das lichtemittierende Bauteil einen Dynamikbereich von 1:5000 auf. Mit anderen Worten, die maximale Helligkeit des abgestrahlten Lichts ist 5000-mal größer als die minimale Helligkeit. Die Farbtiefe beträgt beispielsweise zumindest 18 Bit, sodass zwischen der maximalen Helligkeit und der minimalen Helligkeit 2^18 Helligkeitsabstufungen des von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlten Lichts einstellbar sind.
Insbesondere weist das von dem lichtemittierenden Bauteil abgestrahlte Licht eine Farbtiefe von zumindest 20 Bit, bevorzugt zumindest 22 Bit, auf. Insbesondere sind zumindest 8 Bit, bevorzugt zumindest 10 Bit, der Farbtiefe mittels Absorption und/oder Reflexion des vom Emitter emittierten Lichts am Dimmelement einstellbar. Bevorzugt sind zumindest 12 Bit der Farbtiefe mittels des pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals des Emitters einstellbar.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des lichtemittierenden Halbleiterbauteils, des Verfahrens zum Betreiben eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils und der Anzeigevorrichtung ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

Die 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 schematische Schnittansichten von Ausführungsbeispielen eines lichtemittierenden Bauteils;
die 9, 10 schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen von lichtemittierenden Bauteilen; und
die 11 eine Tabelle mit der Transparenz und der Dämpfung in Abhängigkeit von der Dicke der Dimmschicht eines lichtemittierenden Bauteils gemäß einer Ausführungsform.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines lichtemittierenden Bauteils 10 gemäß einer Ausführungsform. Das lichtemittierende Bauteil 10 umfasst eine Lichtquelle 100, welche auf einem Träger 110 angeordnet ist. Die Lichtquelle 100 umfasst einen Emitter erster Art 101, einen Emitter zweiter Art 102 und einen Emitter dritter Art 103. Die Emitter 101, 102, 103 sind dazu eingerichtet, Licht unterschiedlicher Farborte zu emittieren. Mittels separater Ansteuerung der Emitter ist der Farbort des insgesamt von der Lichtquelle emittierten Lichts L1 einstellbar.
In einer Abstrahlrichtung Z der Lichtquelle 100 ist dieser ein Dimmelement 200 nachgeordnet, welches dazu eingerichtet ist, einen Teil des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L1 zu absorbieren und/oder zu reflektieren. Die Absorption und/oder Reflektion erfolgt insbesondere unabhängig vom Farbort des Lichts L1.
Das Dimmelement 200 umfasst eine Flüssigkristallschicht 210, deren Dimmvermögen mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen U an diese während des Betriebs des Bauteils 10 variabel einstellbar ist. Die Flüssigkristallschicht 210 ist zwischen einer ersten 201a und einer zweiten 201b Elektrode angeordnet, mittels denen eine elektrische Spannung U an die Flüssigkristallschicht 210 anlegbar ist. Die Elektroden 201a, 201b sind jeweils an einander zugewandten Hauptflächen einer ersten 202a und einer zweiten 202b Deckschicht angeordnet. Insbesondere umfasst die Flüssigkristallschicht 210 ein Flüssigkristall-Material, wie es auch in herkömmlichen LCD-Anzeigen Anwendung findet.
Die Deckschichten 202a, 202b sind mechanisch selbsttragende Komponenten des Dimmelements 200 und bilden jeweils einander gegenüberliegende Hauptflächen des Dimmelements 200. Die erste Deckschicht 202a ist der Flüssigkristallschicht 2010 in Abstrahlrichtung Z vorgeordnet und die zweite Deckschicht 202b ist der Flüssigkristallschicht 210 in Abstrahlrichtung Z nachgeordnet. Insbesondere sind sowohl die Elektroden 201a, 201b als auch die Deckschichten 202a, 202b im Wesentlichen transparent für das von der Lichtquelle 100 emittierte Licht L.
Die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlten Lichts L2 ist teilweise mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals für die Emitter 101, 102, 103 und teilweise mittels des Dimmelements 200 einstellbar. Insbesondere ist die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlten Lichts L2 mittels Verändern des Betriebsstroms des Emitters 101 einstellbar. Beispielsweise ist der Betriebsstrom des Emitters 101 mittels der Pulsweitenmodulation und/oder Amplitudenmodulation dessen Betriebssignals einstellbar.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. Das lichtemittierende Bauteil 10 in 2 ist eine Bildanzeigevorrichtung 50. Sie umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen 100. Die Lichtquellen 100 sind an einer Hauptfläche 110a auf einem Träger 110 nebeneinander angeordnet.
Insbesondere sind die im Zusammenhang mit der Bildanzeigevorrichtung 50 offenbarten Merkmale auch für lichtemittierende Bauteile 10 offenbart und umgekehrt.
Jede der Lichtquellen 100 umfasst einen Emitter erster Art 101, einen Emitter zweiter Art 102 und einen Emitter dritter Art 103. Diese Emitter 101, 102, 103 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Im Betrieb des Bauelements 10 ist der jeweilige Farbort des von den Lichtquellen 100 emittierten Lichts L2 jeweils einzeln einstellbar ist. Insbesondere emittiert der Emitter erster Art 101 Licht im roten Wellenlängenbereich, der Emitter zweiter Art 102 Licht im grünen Wellenlängenbereich und der Emitter dritter Art 103 Licht im blauen Wellenlängenbereich. Mittels der Lichtquellen 100 ist jeweils ein Bildpunkt 500 der Bildanzeigevorrichtung 50 darstellbar.
Die Lichtquellen 100 weisen jeweils quer zur Abstrahlrichtung Z eine Emissionsfläche 100a auf, durch welche im Betrieb zumindest ein Großteil des jeweils von den Emittern 101, 102, 103 emittierten Lichts aus der Lichtquelle 100 tritt. Beispielsweise weist ein Bildpunkt 500 quer zur Abstrahlrichtung Z eine Größe von 1 mm² auf und die Emissionsfläche 100a weist eine Größe von zumindest einschließlich 100 µm² und höchstens einschließlich 2500 µm² auf. Alternativ weist ein Bildpunkt 500 eine Größe von 10000 µm² auf und weisen die Emitter der Lichtquelle 100 eine Größe zwischen einschließlich 1 µm² und einschließlich 25 µm² auf.
Den Lichtquellen 100 ist ein gemeinsames Dimmelement 200 nachgeordnet. Das Dimmelement 200 reflektiert und/oder absorbiert von allen Lichtquellen 100, insbesondere von allen Emittern 101, 102, 103 der Lichtquellen 100 im Wesentlichen einen gleichen Anteil des jeweils emittierten Lichts.
Die Lichtquellen 100 werden beispielsweise mit einer Wiederholungsrate von zumindest 60 Hz, bevorzugt zumindest 100 Hz betrieben.
Das von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlte Licht L2 weist eine Farbtiefe von zumindest 18 Bit auf. Zumindest 1 Bit, bevorzugt zumindest 6 Bit, der Farbtiefe werden mittels Absorption und/oder Reflexion des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L2 im Dimmelement 200 eingestellt. Der verbleibende Anteil der Farbtiefe, beispielsweise 12 Bit, wird mittels des pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals der Emitter 101, 102, 103 eingestellt.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. Die Lichtquelle 100 umfasst ein TFT-Substrat, in welches ein Emitter 101 integriert ist. Das TFT-Substrat umfasst beispielsweise Polysilizium und Isolationsschichten 113, die mit Siliziumoxid gebildet sind.
In der Lichtquelle 100 ist ein Transistor 111 ausgebildet, mittels dem der Emitter 101 ansteuerbar ist. Der Transistor 111 umfasst eine Source-Elektrode S eine Gate-Elektrode G und eine Drain-Elektrode D. Mittels Anlegen einer Spannung an der Gate-Elektrode G ist die elektrische Leitfähigkeit eines p-leitenden Bereichs 111P einstellbar, sodass ein zwischen n-leitenden Bereichen 111N fließender Strom steuerbar ist.
Dem Emitter 101 ist in Abstrahlrichtung ein erster Polarisationsfilter 115a nachgeordnet, welcher ausschließlich für linear polarisiertes Licht transparent ist. Der erste Polarisationsfilter 115a ist unmittelbar auf dem Emitter 101 angeordnet und umfasst beispielsweise einen dielektrischen Schichtenstapel, Siliziumoxid oder Titanoxid.
Eine Filterwirkung des ersten Polarisationsfilters 115a ist beispielsweise abhängig vom Einfallswinkel des Lichts L1. Insbesondere ist eine Fläche des Emitters 101, auf der der erste Polarisationsfilter 115a angeordnet ist, glatt ausgestaltet. Alternativ ist der erste Polarisationsfilter 115a in dem Emitter 101 oder an einer der Flüssigkristallschicht 210 abgewandten Seite des Emitters 101 ausgebildet.
Das Anordnen des ersten Polarisationsfilters 115a erfolgt beispielsweise bei der Herstellung des Emitters 101. Insbesondere ist der erste Polarisationsfilter 115a als photonischer Kristall ausgebildet.
Für den Fall, dass das lichtemittierende Bauteil 10 Emitter unterschiedlicher Art 101, 102, 103 umfasst, welche Licht unterschiedlicher Farborte emittieren, können, beispielsweise unmittelbar, auf den Emittern 101, 102, 103 voneinander verschiedene erste Polarisationsfilter 115a angeordnet sein.
Auf, beispielsweise unmittelbar auf der Lichtquelle 100 ist das Dimmelement 200 angeordnet. Insbesondere kann das Dimmelement 200 auf der Lichtquelle 100 hergestellt sein. Das Dimmelement 200 umfasst an einer dem lichtemittierenden Bauteil 100 zugewandten Seite eine erste Elektrode 201a. Auf der ersten Elektrode 201a ist in Abstrahlrichtung Z die Flüssigkristallschicht 210 und eine zweite Elektrode 201b angeordnet. Die erste und die zweite Elektrode 201a, 201b umfassen beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid (ITO).
Die zweite Elektrode 201b ist an der zweiten Deckschicht 202b angeordnet, welche eine mechanisch tragende Komponente des Dimmelements 200 darstellt. An einer von der Flüssigkristallschicht 210 abgewandten Seite der zweiten Deckschicht 202b ist ein zweiter Polarisationsfilter 115b angeordnet, der beispielsweise einen Polyvenylalkohol umfasst. Der zweite Polarisationsfilter 115b ist beispielsweise lediglich für linear polarisiertes Licht transparent. Insbesondere weisen der erste Polarisationsfilter 115a und der zweite Polarisationsfilter 115b unterschiedliche Reflektivitäten für unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf. Mittels der unterschiedlichen Reflektivitäten wird sichergestellt, dass nur Licht L2, welches in der Flüssigkristallschicht in seiner Polarisationsrichtung in vorgesehener Weise geändert wird, beide Polarisationsfilter, und somit das Dimmelement, durchläuft.
Auf der ersten Elektrode 201a ist eine Antireflektionsschicht 114 angeordnet. In einem Bereich, in welchem das von dem Emitter 101 emittierte Licht aus der Lichtquelle 100 austritt, weist die Antireflektionsschicht 114 eine Öffnung auf. Vorteilhafterweise wird mittels der Antireflektionsschicht 114 von außen einfallendes Umgebungslicht absorbiert. Somit erscheint das lichtemittierende Bauteil 10 im ausgeschalteten Zustand als besonders dunkel, da ein besonders geringer Anteil des Umgebungslichts von dem lichtemittierenden Bauteil 10 reflektiert wird.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird im Emitter 101 Licht erzeugt, welches beispielsweise unpolarisiert ist. Durch den auf dem Emitter 101 aufgebrachten ersten Polarisationsfilter 115a wird das Licht derart gefiltert, dass lediglich linear polarisiertes Licht auf die Flüssigkristallschicht 210 trifft. Insbesondere sind der erste 115a und der zweite 115b Polarisationsfilter derart angeordnet, dass ausschließlich Licht L, dessen Polarisation in der Flüssigkristallschicht um 90° gedreht wird, den ersten 115a und den zweiten 115b Polarisationsfilter durchläuft. Mittels Anlegen unterschiedlicher Spannungen U an der Flüssigkristallschicht 210 ist die Polarisationsrichtung des die Flüssigkristallschicht 210 durchlaufenden Lichts variabel einstellbar. Somit ist mittels der Spannung U einstellbar, zu welchem Anteil das die Flüssigkristallschicht 210 durchlaufende Licht L1 den zweiten Polarisationsfilter 115b durchläuft und von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlt wird.
Alternativ zu der Integration des Emitters 101 in ein TFT-Substrat, kann der Emitter auf einem anderweitigen Träger 110 angeordnet und mittels eines IC-Chips ansteuerbar sein. Vorteilhafterweise ist mittels des IC-Chips der Emitter 101 mit besonders kurzen Schaltzeiten, von beispielsweise 10 ns, ansteuerbar.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. Die in der 4 dargestellte Lichtquelle 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Lichtquelle 100 dadurch, dass kein Polarisationsfilter auf dem Emitter 101 angeordnet ist.
Das Dimmelement 200 ist mit zwei Deckschichten 202a, 202b und zwei Polarisationsfiltern 115a, 115b gebildet. Insbesondere sind die Lichtquelle 100 und das Dimmelement 200 separat voneinander hergestellt. Das Dimmelement 200 und die Lichtquelle 100 sind stoffschlüssig fest miteinander verbunden. Mit einer ersten Klebstoffschicht 117a ist an der Lichtquelle 100 der erste Polarisationsfilter 115a befestigt. An einer von der Lichtquelle 100 abgewandten Seite des ersten Polarisationsfilters 115a ist mittels einer zweiten Klebstoffschicht 117b die erste Deckschicht 202a befestigt. Auf der ersten Deckschicht 202a ist die erste Elektrode 201a, die Flüssigkristallschicht 210, die zweite Elektrode 201b, die zweite Deckschicht 202b, die dritte Klebstoffschicht 117c und der zweite Polarisationsfilter 115b angeordnet.
Auf den der Flüssigkristallschicht 210 zugewandten Seiten der ersten Elektrode 201a und der zweiten Elektrode 201b ist jeweils ein Metallgitter 211 angeordnet. Das Metallgitter 211 ist dazu eingerichtet, eine Verteilung von Ladungsträgern über die erste 201a und die zweite 201b Elektrode zu verbessern, wodurch die elektrische Kontaktierung der Flüssigkristallschicht 210 verbessert wird.
Der erste Polarisationsfilter 115a und der zweite Polarisationsfilter 115b sind beispielsweise beide mit einem organischen Material gebildet und jeweils ganzflächig auf der ersten Deckschicht 202a und der zweiten Deckschicht 202b angeordnet.
Die 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen lichtemittierenden Bauteils 10. Das lichtemittierende Bauteil 10 umfasst im Dimmelement 200 eine elektrochrome Schicht 220. Das Dimmvermögen des Dimmelements 200 ist mittels Anlegen unterschiedlicher Spannungen U an die elektrochrome Schicht 220 über die erste 201a und zweite 201b Elektrode variabel einstellbar. Mittels Variation der Spannung U wird eine Variation der Transparenz der elektrochromen Schicht verursacht. Die Spannung U beträgt beispielweise maximal 3 Volt.
Das Dimmelement 200 ist beispielsweise auf der Lichtquelle 100 hergestellt. Das Dimmelement 200 und die Lichtquelle 100 sind stoffschlüssig fest miteinander verbunden. Die elektrochrome Schicht 220 ist beispielsweise mit Wolframtrioxid oder Polyanilin gebildet.
Die 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils jeweils in einer schematischen Schnittansicht. Das lichtemittierende Bauteil 10 umfasst die Lichtquelle 100 und das Dimmelement 200.
Das Dimmelement 200 umfasst eine Suspension 230 mit Absorber- und/oder Reflektorpartikel 231. Entlang der Abstrahlrichtung Z ist der Suspension 230 eine erste Elektrode 201a vorgeordnet und eine zweite Elektrode 201b nachgeordnet.
Die 6 zeigt das Dimmelement 200 in einem ersten Zustand, in welchem keine Spannung U an der ersten Elektrode 201a und an der zweiten Elektrode 201b angelegt ist. In dem ersten Zustand sind die Absorber- und/oder Reflektorpartikel 231 innerhalb der Suspension 230 zufällig orientiert, sodass das Dimmelement 200 im Wesentlichen intransparent für von der Lichtquelle 100 emittiertes Licht L1 ist.
Die 7 zeigt das Dimmelement 200, welches auch in 6 dargestellt ist, in einem zweiten Zustand, in welchem ein elektrisches Feld an der Suspension 230 angelegt ist. Die Feldlinien des elektrischen Feldes M verlaufen parallel zur Abstrahlrichtung Z. Das elektrische Feld M wird mittels Anlegens einer Spannung U an der ersten Elektrode 201a und der zweiten Elektrode 201b erzeugt. In der Suspension 230 richten sich die Absorber- und/oder Reflektorpartikel 231 entlang den Feldlinien des elektrischen Feldes M aus. Somit wird die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreffen des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L2 auf die Absorber- und/oder Reflektorpartikel innerhalb der Suspension verringert. Beispielsweise wird im zweiten Zustand zumindest 65 % des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L2 durch die Suspension 230 transmittiert.
Im zweiten Zustand weist das Dimmelement 200 ein gegenüber dem ersten Zustand verringertes Dimmvermögen auf. Vorteilhafterweise ist somit die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlten Lichts L1 mittels Anlegen unterschiedlicher Spannungen U an den Elektroden 201a, 201b des Dimmelements 200 einstellbar.
Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das lichtemittierende Bauteil 10 ein Dimmelement mit einer Flüssigkeitskammer 240. Diese weist ein Volumen V auf, welches veränderbar ist. Sie ist zum Teil durch eine flexible Membran 242 begrenzt, deren mögliche Auslenkung schematisch mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Die flexible Membran 242 liegt teilweise auf einem Abstandshalter 249 auf, welcher entlang der Abstrahlrichtung Z beispielsweise eine Höhe H zwischen einschließlich 5 µm und 100 µm aufweist. Der Abstandshalter 249 ist auf einer Antireflektionsschicht 114 angeordnet.
Die Flüssigkeitskammer 240 ist mit einer reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit 241 befüllbar. Das Dimmvermögen des Dimmelements 200 ist mittels Verändern des Volumens V der Flüssigkeitskammer 240 während des Betriebs des Bauteils 10 variabel einstellbar. Mittels Befüllen der Flüssigkeitskammer 240 wird der Laufweg des Lichts L2 innerhalb der reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit 241 vergrößert, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Absorption und/oder Reflexion des Lichts L2 innerhalb der reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit 241 erhöht wird.
Die reflektierende und/oder absorbierende Flüssigkeit 241 kann beispielsweise Farbstoffe wie Titanoxid, keramische Farbpartikel, organische Farbpartikel oder Carbon Black umfassen. Eine Höhe H der Flüssigkeitskammer 240 über der Lichtquelle ist beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 µm und 100 µm durch Veränderung des Volumens V der Flüssigkeitskammer 240 einstellbar.
Beispielsweise beträgt die Emissionsfläche 100a der Lichtquelle 100 maximal 5 µm × 5 µm, bevorzugt maximal 1 µm × 1 µm. Vorteilhafterweise ist eine Schwankung des Laufwegs von Licht L1 durch die reflektierende und/oder absorbierende Flüssigkeit aufgrund einer Krümmung der flexiblen Membran 242 umso geringer, je kleiner die Emissionsfläche 100a ist.
Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 247 dazu eingerichtet, einen Druck P1 in einem festgelegten Umgebungsvolumen UG zu verändern. Über der Membran 242 ist ein Deckglas 300 angeordnet, welches das Umgebungsvolumen UG über der flexiblen Membran 242 teilweise begrenzt. Mittels der Pumpe 247 wird ein Fluid, insbesondere Gas, beispielsweise Luft, zu- oder abgeführt, wodurch der Druck P1 im Umgebungsvolumen UG verändert wird. Die Druckveränderung im Umgebungsvolumen UG wird mittels einer Auslenkung der flexiblen Membran 242 kompensiert, wodurch das Volumen V der reflektierenden und/oder absorbierenden Flüssigkeit 241 über der Lichtquelle 100 verändert wird.
Die 10 und 11 zeigen schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von lichtemittierenden Bauteilen 10 entlang der Abstrahlrichtung Z. Die lichtemittierenden Bauteile 10 umfassen jeweils ein Dimmelement 200 mit einer Flüssigkeitskammer 240, welche in mehrere Abschnitte 245 unterteilt ist. Insbesondere umfasst das lichtemittierende Bauteil 10 eine Vielzahl von Lichtquellen 100, wobei jeder Lichtquelle ein Abschnitt 245 der Flüssigkeitskammer 240 nachgeordnet ist. Die einzelnen Abschnitte der Flüssigkeitskammer 240 sind mit Kanälen 246 miteinander verbunden und bilden ein zusammenhängendes Volumen. Die Abschnitte 245 sind an ihrer den Lichtquellen 100 abgewandten Seite jeweils durch die flexible Membran 242 begrenzt. In Draufsicht weisen die Abschnitte 245 in dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Kontur auf. In dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Abschnitte 245 in Draufsicht eine quadratische Kontur auf.
Mittels der Pumpe 247 wird die reflektierende und/oder absorbierende Flüssigkeit 241 in die Flüssigkeitskammer 240 eingepumpt oder von dieser abgepumpt
Die 12 zeigt eine tabellarische Übersicht über die Transmission T in Prozent und die relative Dämpfung P in Abhängigkeit von einer Dicke 251 einer Dimmschicht 250 in µm. Grundlage für diese Zahlenwerte bildet das Absorptionsgesetz, welches wie folgt lautet: N(x) = N(0) e^-µx. Dabei ist x die Dicke der Dimmschicht, N(0) die Intensität von Licht L1 vor Eintritt in die Dimmschicht, N(x) die Intensität des Lichts L2 beim Austreten aus der Dimmschicht und µ der Absorptionskoeffizient.
In der Tabelle (a) sind die Transmission T und die relative Dämpfung P für einen Wert des Absorptionskoeffizienten µ von 0,06908 1/µm angegeben. Wie in der Tabelle (a) dargestellt, ist mit einer Dimmschicht 250, welche einen solchen Absorptionskoeffizienten µ aufweist, die relative Dämpfung P über drei Dekaden, von 1:1 bis 1:1000 durch Veränderung der Dicke 251 von 0 µm bis 100 µm einstellbar.
In der Tabelle (b) sind die Transmission T und die relative Dämpfung P für einen Wert des Absorptionskoeffizienten µ von 0,6908 1/µm angegeben. Wie in der Tabelle (b) dargestellt, ist mit einer Dimmschicht 250, welche einen solchen Absorptionskoeffizienten µ aufweist, die relative Dämpfung P über drei Dekaden, von 1:1 bis 1:1000 durch Veränderung der Dicke 251 von 0 µm bis 10 µm einstellbar.
Die 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 10 mit einer Lichtquelle 100 und einem Dimmelement 200, welches eine Dimmschicht 250 umfasst. Bei der Dimmschicht 250 handelt es sich beispielsweise um einen so genannten Neutraldichte-Filter, in welchem Licht unabhängig von seiner Wellenlänge beim Durchlaufen abgeschwächt wird. Die Dimmschicht 250 weist eine Erstreckungsrichtung X auf, entlang welcher das Dimmvermögen der Dimmschicht 250 steigt. Die Dimmschicht 250 ist entlang der Erstreckungsrichtung X relativ zur Lichtquelle 100 verschiebbar und ein Grad der Absorption und/oder Reflexion des von dem Emitter 101 emittierten Lichts ist mittels Verschieben der Dimmschicht 250 relativ zur Lichtquelle 100 während des Betriebs des Bauteils 10 variabel einstellbar.
Das Dimmvermögen der Dimmschicht 250 entlang der Erstreckungsrichtung X steigt aufgrund einer zunehmenden Dicke 251 der Dimmschicht 250.
Alternativ oder zusätzlich kann die Dimmschicht 250 Absorber- und/oder Reflektorpartikel umfassen, deren Konzentration innerhalb der Dimmschicht 250 entlang der Erstreckungsrichtung X der Dimmschicht 250 steigt. Somit variiert das Dimmvermögen der Dimmschicht zusätzlich aufgrund einer Variation der Konzentration der Absorber- und/oder Reflektorpartikel entlang der Erstreckungsrichtung X.
Beispielsweise weist die Dimmschicht 250 eine maximale Dicke von 10 µm auf und weist entlang der Erstreckungsrichtung X eine Länge 252 von 200 µm auf. Insbesondere weist die Emissionsfläche 100a der Lichtquelle 100 entlang der Erstreckungsrichtung eine Kantenlänge von 10 µm auf. Beispielsweise ist die Länge 252 der Dimmschicht zwanzigmal größer als die Kantenlänge der Emissionsfläche 100a entlang der Erstreckungsrichtung X.
Die 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauelements 10 in einer schematischen Schnittansicht. Im Unterschied zu dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dimmschicht 250 konstant in ihrer Dicke 251. Die Dimmschicht 250 weist Aussparungen 255 auf, wobei die Aussparungen 255 die Dimmschicht 250 vollständig durchdringen. Das Dimmvermögen steigt entlang der Erstreckungsrichtung X aufgrund eines abnehmenden Flächenanteils der Aussparungen 255 an der Dimmschicht 250. Entlang der Erstreckungsrichtung X verringert sich die Größe der Aussparungen quer zur Abstrahlrichtung Z, wodurch sich das Dimmvermögen der Dimmschicht 250 entlang der Erstreckungsrichtung X vergrößert.
Mittels Verschieben der Dimmschicht 250 relativ zu der Lichtquelle 100 wird der Anteil des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts verändert, welcher durch die Dimmschicht 250 transmittiert wird. Somit ist mittels Verschieben der Dimmschicht die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlten Lichts L3 einstellbar.
Die 15 und die 16 zeigen Ausführungsbeispiele von lichtemittierenden Bauteilen 10 in schematischen Schnittansichten. Die lichtemittierenden Bauteile 10 umfassen Lichtquellen 100, die jeweils dazu eingerichtet sind, Licht L2 eines vorgebbaren Farbortes zu emittieren. Die Dimmelemente 200 umfassen jeweils eine Dimmschicht 250, eine erste Deckschicht 202a und einen Aktor 257. Bei dem Aktor 257 handelt es sich beispielsweise um einen Piezoelement. Die erste Deckschicht 202a ist eine mechanisch tragende Komponente der Dimmschicht 250. Insbesondere ist die Dimmschicht mehrfach zusammenhängend oder nicht zusammenhängend ausgebildet.
Mittels des Aktors 257 wird die erste Deckschicht 202a und somit die Dimmschicht 250 entlang der Erstreckungsrichtung X verschoben, wodurch die Absorption und/oder Reflektion des von dem Emitter der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L1 jeweils verändert wird.
Das Dimmvermögen der Dimmschicht 250 variiert entlang der Erstreckungsrichtung X der Dimmschicht 250 periodisch, und die Periodizität der Variation des Dimmvermögens der Dimmschicht 250 entspricht Abständen A der Lichtquellen 100 zueinander. Der Abstand A zwischen den Lichtquellen entlang der Erstreckungsrichtung X beträgt beispielsweise 200 µm.
Bei dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ändert sich die Helligkeit des von dem lichtemittierenden Bauteil 10 abgestrahlten Lichts L3 beim Verschieben der Dimmschicht 250 linear mit der Verschiebung entlang der Erstreckungsrichtung X, da die Dicke 251 der Dimmschicht 250 entlang der Erstreckungsrichtung X linear variiert.
Bei dem in 16 dargestellten Ausführungsbeispiel variiert die Dicke 251 der Dimmschicht 250 exponentiell. Somit variiert beim relativen Verschieben der Dimmschicht 250 zu den Lichtquellen 100 die Helligkeit exponentiell mit der Verschiebung entlang der Erstreckungsrichtung X.
Die 17, 18 und 19 zeigen Ausführungsbeispiele eines lichtemittierenden Bauteils 10 in einer schematischen Schnittansicht. Die lichtemittierenden Bauteile 10 umfassen jeweils vier Emitter 101, 102, 103 derselben Art. Die Emitter derselben Art sind dazu eingerichtet, Licht L1 eines im Wesentlichen gleichen Farbortes zu emittieren.
Den Emittern 101, 102, 103 ist das Dimmelement 200 nachgeordnet, welches mehrere Segmente 261, 262, 263 umfasst. Die Segmente 261, 261, 263 sind jeweils den Emittern 101, 102, 103 derselben Art zugeordnet. Die Segmente 261, 262, 263 des Dimmelements 200 weisen voneinander verschiedene Dimmvermögen für das von den Emittern derselben Art emittierte Licht L1 auf. Jedem der Emitter 101, 102, 103 ist eines der Segmente 261, 262, 263 zugeordnet.
Die Segmente können jeweils in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren mit den Emittern 101, 102, 103 hergestellt sein, denen die Segmente 261, 262, 263 zugeordnet sind.
In dem in 17 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Segmente 261, 262, 263 mit unterschiedlichen Materialien gebildet, welche unterschiedliche Transmissionen aufweisen. Beispielsweise umfassen die Segmente einen unterschiedlichen Anteil eines Absorptionsmaterials. Bei dem Absorptionsmaterial kann es sich beispielsweise um Absorber- und/oder Reflektorpartikel handeln. Abhängig davon, welcher der Emitter 101, 102, 103 betrieben wird, wird ein unterschiedlicher Anteil des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L1 mittels der Segmente absorbiert und/oder reflektiert. Beispielsweise unterscheidet sich die Dämpfung P der Emitter 101, 102, 103 jeweils um den Faktor 10.
Bei dem in 18 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Segmente 261, 262, 263 eine unterschiedliche Dicke auf, sodass das von den Emittern 102 emittierte Licht L1, L2 eine unterschiedliche Weglänge innerhalb des Materials des Segments 260 zurücklegt. Je größer die Weglänge des Lichts L1, L2 innerhalb eines Segments 261, 262, 263 desto größer ist der Anteil des Lichts L1, L2, welcher in dem Segment 261, 262 ,263 reflektiert oder absorbiert wird. Abhängig davon, welcher der Emitter 102 betrieben wird, wird ein unterschiedlicher Anteil des von der Lichtquelle 100 emittierten Lichts L2 mittels der Segmente 261, 262, 263 gedimmt.
In dem in 19 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheiden Sich die Segmente 261, 262, 263 durch eine Apertur 265 voneinander. Im Bereich der Apertur 265 sind die Emitter 103 jeweils frei von dem Material der Segmente 261, 262, 263, sodass durch die Apertur 265 das Licht L1 nicht durch die Segmente reflektiert oder absorbiert wird. Die unterschiedliche Größe der Apertur, insbesondere das Vorhandensein der Apertur 261 gibt vor, zu welchem Anteil von dem Emitter 103 jeweils emittiertes Licht L1 absorbiert und/oder reflektiert wird.
Die Lichtquelle 100 des lichtemittierenden Bauteils 10 kann mehrere Emitter derselben Art umfassen, die eine unterschiedlich große Fläche aufweisen, durch welche Licht L1 emittiert wird. Somit ist die Lichtquelle 100 mittels Betreibens unterschiedlicher Emitter 101 derselben Art dimmbar.
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.
Bezugszeichenliste

10: Lichtemittierendes Bauteil
100: Lichtquelle
100a: Emissionsfläche
101: Emitter erster Art
102: Emitter zweiter Art
103: Emitter dritter Art
110: Träger
110a: Hauptfläche
111: Transistor
111N: n-dotierter Bereich
111P: p-dotierter Bereich
112: Via
113: Isolationsschicht
114: Antireflektionsschicht
115a: erster Polarisationsfilter
115b: zweiter Polarisationsfilter
117a: erste Klebstoffschicht
117b: zweite Klebstoffschicht
117c: dritte Klebstoffschicht
200: Dimmelement
201a: erste Elektrode
201b: zweite Elektrode
202a: erste Deckschicht
202b: zweite Deckschicht
210: Flüssigkristallschicht
211: Metallgitter
220: elektrochrome Schicht
230: Suspension
231: Absorber- und/oder Reflektorpartikel
240: Flüssigkeitskammer
241: absorbierende Flüssigkeit
242: flexible Membran
245: Abschnitt
246: Kanal
247: Pumpe
249: Abstandshalter
250: Dimmschicht
251: Dicke der Dimmschicht
252: Länge der Dimmschicht
255: Aussparung
257: Aktor
261, 262, 263: Segment des Dimmelements
265: Apertur
300: Deckglas
A: Abstand
D: Drain
G: Gate
H: Höhe
L1: von Emitter emittiertes Licht
L2: von Lichtquelle Emittiertes Licht
L3: von lichtemittierendem Bauteil abgestrahltes Licht
M: Magnetisches Feld
P: Dämpfung
P1: Druck
S: Source
T: Transmission
U: Spannung
V: Volumen
UG: Umgebungsvolumen
X: Erstreckungsrichtung

Claims

Lichtemittierendes Bauteil (10) mit einer Lichtquelle (100) und einem der Lichtquelle (100) in einer Abstrahlrichtung (Z) nachgeordneten Dimmelement (200), wobei - die Lichtquelle (100) mindestens einen Emitter (101) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, Licht (L1) zu emittieren, und - eine Helligkeit eines von dem lichtemittierenden Bauteil (10) abgestrahlten Lichts (L3) einstellbar ist, wobei - die Einstellung Helligkeit teilweise mittels eines pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals für den Emitter (101) einstellbar ist, und - die Helligkeit teilweise mittels teilweiser Absorption und/oder Reflektion des vom Emitter (101) emittierten Lichts (L1) im Dimmelement (200) einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Lichtquelle (100) zumindest einen Emitter erster Art (101), zumindest einen Emitter zweiter Art (102) und zumindest einen Emitter dritter Art (103) umfasst, welche dazu eingerichtet sind, Licht (L1) unterschiedlicher Farborte zu emittieren, und - den Emittern (101, 102, 103) in der Abstrahlrichtung (Z) ein gemeinsames Dimmelement (200) nachgeordnet ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Dimmelement (200) eine Flüssigkristallschicht (210) umfasst, deren Dimmvermögen insbesondere mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen (U) an diese während des Betriebs des Bauteils variabel einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dimmelement (200) eine elektrochrome Schicht (220) umfasst, deren Dimmvermögen mittels Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen (U) an diese während des Betriebs des Bauteils einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dimmelement (200) Absorber- und/oder Reflektorpartikel (231) in einer Suspension (230) umfasst, wobei das Dimmvermögen der Suspension (230) mittels Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes (M) an diese während des Betriebes des Bauteils (10) variabel einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dimmelement (200) mindestens eine Flüssigkeitskammer (240) aufweist, - ein Volumen (V) der Flüssigkeitskammer (240) veränderbar ist, - die Flüssigkeitskammer (240) mit einer reflektierenden oder absorbierenden Flüssigkeit (241) befüllt ist, und - das Dimmvermögen des Dimmelements (200) mittels Verändern des Volumens (V) der Flüssigkeitskammer (240) während des Betriebes des Bauteils (10) variabel einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Dimmelement (200) eine Dimmschicht (250) umfasst, wobei das Dimmvermögen der Dimmschicht (250) entlang einer Erstreckungsrichtung (X) quer zur Abstrahlrichtung (Z) steigt, die Dimmschicht (250) entlang der Erstreckungsrichtung (X) relativ zu der Lichtquelle (100) verschiebbar ist, und ein Grad der Absorption und/oder Reflektion des von dem Emitter (101) emittierten Lichts (L1) mittels Verschieben der Dimmschicht (250) relativ zur Lichtquelle (100) während des Betriebes des Bauteils (10) variabel einstellbar ist.
Lichtemittierenden Bauteil (10) nach Anspruch 7, bei dem das Dimmvermögen der Dimmschicht (250) entlang der Erstreckungsrichtung (X) aufgrund einer zunehmenden Dicke (251) der Dimmschicht (250) steigt.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 7, bei dem die Dimmschicht (250) Aussparungen (255) aufweist, wobei die Aussparungen (255) die Dimmschicht (250) vollständig durchdringen, und das Dimmvermögen aufgrund eines abnehmenden Flächenanteils der Aussparungen (255) steigt.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 1, welches zumindest zwei Emitter derselben Art (101, 102, 103) umfasst, welche dazu eingerichtet sind, Licht (L1) eines im Wesentlichen gleichen Farborts zu emittieren, bei dem - das Dimmelement (200) mehrere Segmente (260) umfasst, wobei - jedem der mindestens zwei Emitter (101, 102, 103) eines der Segmente (260) zugeordnet ist, und - die Segmente (260) voneinander verschiedene Dimmvermögen für das von den Emittern (101, 102, 103) emittierte Licht (L1) aufweisen.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, welches eine Bildanzeigevorrichtung (50) ist, wobei das lichtemittierende Bauteil (10) eine Vielzahl von Lichtquellen (100) umfasst, die Lichtquellen (100) an einer Hauptfläche nebeneinander angeordnet sind, und der Farbort eines von den Lichtquellen (100) emittierten Lichts (L2) jeweils einzeln einstellbar ist.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 11, bei dem den Lichtquellen (100) ein gemeinsames Dimmelement (200) nachgeordnet ist, und das Dimmelement (200) von allen Lichtquellen (100) im Wesentlichen einen gleichen Anteil des emittierten Lichts (L2) reflektiert und/oder absorbiert.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 12 unter Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die Flüssigkeitskammer (240) eine Vielzahl von Abschnitten (245) umfasst, jeder Lichtquelle (100) einer der Abschnitte (245) nachgeordnet ist, die Abschnitte (245) mit Kanälen (246) miteinander verbunden sind, und die Kanäle (246) und die Abschnitte (245) ein zusammenhängendes Volumen (V) bilden.
Lichtemittierendes Bauteil (10) nach Anspruch 12 unter Rückbezug auf Anspruch 7, 8 oder 9, wobei - das Dimmvermögen der Dimmschicht (250) entlang der Erstreckungsrichtung (X) der Dimmschicht (250) periodisch variiert, und - die Periodizität der Variation des Dimmvermögens der Dimmschicht (250) Abständen (A) der Lichtquellen (100) zueinander entspricht.
Verfahren zum Betreiben eines lichtemittierenden Bauteils (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei - die Lichtquelle (100) mit einer Wiederholungsrate von zumindest 60 Hz betrieben wird, und - das von dem lichtemittierenden Bauteil (10) abgestrahlte Licht (L3) eine Farbtiefe von zumindest 18 Bit aufweist, wobei - zumindest 6 Bit der Farbtiefe mittels Absorption und/oder Reflektion des vom Emitter (101) emittierten Lichts (L) am Dimmelement (200) eingestellt werden, und - ein verbleibender Anteil der Farbtiefe mittels des pulsweitenmodulierten und/oder amplitudenmodulierten Betriebssignals des Emitters (101) eingestellt wird.