DE102021108003A1 - Optoelektronische leuchtvorrichtung und verfahren - Google Patents

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Sebastian Wittmann
Andreas Dobner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Leuchtvorrichtung umfassend eine transparente Scheibe, insbesondere Glasscheibe, auf der eine erste zumindest teilweise transparente Zwischenschicht angeordnet ist, und wenigstens eine auf der ersten Zwischenschicht angeordnete optoelektronische Faser mit wenigstens einer elektrischen Leitung, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und die mit einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen verbunden ist. Die optoelektronische Faser umfasst ferner ein flexibles Trägersubstrat, auf dem die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronische Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst ferner eine zweite eine zumindest teilweise transparente Zwischenschicht, wobei die zweite Zwischenschicht auf der ersten Zwischenschicht angeordnet ist und die wenigstens eine optoelektronische Faser bedeckt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit Technologien zur Anzeige von Informationen in oder auf einer transparenten Scheibe oder einer Oberfläche eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Scheibe, ein Fenster, eine Panoramadachverglasung, einen Dachhimmel oder eine weitere Oberfläche eines Fahrzeugs, umfassend optoelektronische Halbleiterbauelemente, sowie deren Verkabelung und Ansteuerung, um Informationen oder Symbole auf der Scheibe, dem Fenster, der Panoramadachverglasung, dem Dachhimmel oder der weiteren Oberfläche des Fahrzeuges anzuzeigen.
  • Obwohl die Erfindung hauptsächlich Scheiben, Fenster, Panoramadachverglasung, einen Dachhimmel und Außenflächen eines Autos thematisiert, ist sie nicht auf diesen bestimmten Fahrzeugtyp beschränkt, sondern kann alternativ in andere Fahrzeugtypen wie beispielsweise Züge, Busse, Lastwägen, Flugzeuge, oder Schiffe implementiert werden.
  • Darüber hinaus kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch im Bereich von Gebäuden und Häusern verwendet werden, um Informationen in oder auf entsprechend verwendeten Scheiben, insbesondere Glasscheiben, anzuzeigen.
  • HINTERGRUND
  • Die Scheiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Autos, bestehen in der Regel aus Verbundglas. Ein solches Verbundglas wird nicht nur für Windschutzscheiben, sondern zum Teil auch für Seitenfenster, Heckscheiben, Schiebedächer und Panoramadächer verwendet. Verbundglas wird hergestellt, indem zwei oder mehr Glasscheiben mittels einer thermoplastischen Verbindungsschicht miteinander verbunden werden. Teils wird die thermoplastische Schicht auch nur auf eine Scheibe aufgebracht.
  • LEDs, die so ausgerichtet sind, dass sie in Richtung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Autos, strahlen, werden verwendet, um eine Innenbeleuchtung bereitzustellen oder, um dem Fahrer oder einem weiteren Insassen des Fahrzeugs Informationen zu liefern. Lichtquellen, wie beispielsweise Frontleuchten, Rücklichter, die hochgesetzte Bremsleuchte und zusätzliche Bremsleuchten bzw. Blinker, die so ausgerichtet sind, dass sie nach außen strahlen, liefern hingegen eine Außenbeleuchtung für das Fahrzeug.
  • In der Vergangenheit wurden bereits Versuche unternommen, eine LED-Beleuchtung als integralen Bestandteil von Fahrzeugkomponenten zu integrieren um beispielsweise eine Innenbeleuchtung für das Fahrzeug bereitzustellen. Ein Ansatz besteht beispielsweise darin LEDs in die Verglasung eines Fahrzeugs, insbesondere in die thermoplastische Verbindungsschicht zwischen zwei Glasscheiben, zu integrieren.
  • Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind jedoch keine Lösungen bekannt, einzelne LEDs über eine große Fläche (>> 1m2) verteilt und mit einem relativ hohen Abstand zueinander, beispielsweise > 2 cm, auf eine besonders kostengünstige Art und Weise in die Scheiben eines Kraftfahrzeugs zu integrieren. Würde man beispielsweise in die thermoplastische Verbindungsschicht einer solchen Verbundglasscheibe LEDs integrieren, die auf einem durchgehenden monolithischen Substrat gewachsene sind, ergeben sich durch die große Fläche hohen Flächenkosten und große unbeleuchtete Totflächen würden unnötige Kosten verursachen.
  • Aus der WO 2020011857 A1 ist eine einfach herstellbare optoelektronische Faser, insbesondere zur Integration in ein Textilgewebe, bekannt. Die optoelektronische Faser ist dabei derart ausgebildet und dimensioniert, dass sie sich, vergleichbar einem textilen Faden, in eine Textilie integrieren lässt, insbesondere unter Verwendung der üblichen Web- und/oder Strick- und/oder Sticktechniken. Die Faser weist eine sehr große Länge auf und kann daher gewissermaßen als Endlosfaser angesehen werden.
  • Es besteht das Bedürfnis, den vorgenannten Problemen entgegenzuwirken und ein Fenster, oder eine Scheibe eines Fahrzeugs bereitzustellen, das optoelektronische Halbleiterbauelemente umfasst, und das einfach und kostengünstig herzustellen ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diesem und anderen Bedürfnissen wird durch eine optoelektronische Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 und dem Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 16 Rechnung getragen. Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Eine erfindungsgemäße optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst eine transparente Scheibe, insbesondere Glasscheibe, auf der eine erste zumindest teilweise transparente Zwischenschicht angeordnet ist. Ferner umfasst die Leuchtvorrichtung wenigstens eine auf der ersten Zwischenschicht angeordnete optoelektronische Faser mit wenigstens einer elektrischen Leitung, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und die mit einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen verbunden ist. Die optoelektronische Faser umfasst ein flexibles Trägersubstrat, auf dem die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronische Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Eine zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht ist auf der ersten Zwischenschicht angeordnet und bedeckt die wenigstens eine optoelektronische Faser.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, eine unabhängig von der Verbundglasscheibe herzustellende optoelektronische Faser, umfassend mehrere Lichtquellen bzw. LEDs, in die thermoplastische Verbindungsschicht zwischen den zwei Glasscheiben der Verbundglasscheibe zu integrieren. Die optoelektronische Faser kann dazu in einem separaten Herstellungsprozess auf eine kostengünstige Art und Weise gefertigt werden und anschließend entsprechend einem gewünschten Muster auf der ersten Zwischenschicht angeordnet und entsprechend in die Verbundglasscheibe integriert werden. Dadurch ist es möglich auf eine sehr kostengünstige Art und Weise LEDs in eine Scheibe zu integrieren, und gleichzeitig eine hohe Individualisierbarkeit bezüglich der Anordnung der optoelektronische Faser bzw. der LEDs zu ermöglichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist die transparenten Scheibe durch eine Glasscheibe gebildet, jedoch kann die transparente Scheibe auch aus einem transparenten Kunststoff wie Plexiglas oder einer transparenten Folie gebildet sein. In einigen Ausführungsformen ist die transparenten Scheibe durch eine transparente, biegsame Folie gebildet.
  • In einigen Ausführungsformen ist die erste und/oder zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht durch eine Schmelzmaterialschicht, einer Klebstoffschicht, einer Schmelzklebstoffschicht, ein Harz, wie z. B. Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), oder durch ein System auf Ionomerbasis gebildet. Insbesondere kann die erste und/oder zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht einen zumindest teilweise transparenten Kunststoff, insbesondere eine zumindest teilweise transparente Folie, insbesondere eine flexible Folie, umfassen oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen kann die erste und/oder zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht geschwärzt sein.
  • In einigen Ausführungsformen ist die wenigstens eine optoelektronische Faser zwischen der ersten und der zweiten zumindest teilweise transparenten Zwischenschicht eingebettet. Die erste und zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht können beispielsweise eine Höhe bzw. Topographie der wenigstens einen optoelektronischen Faser ausgleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist die wenigstens eine elektrische Leitung zur Versorgung der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit elektrischer Energie und/oder einem Datensignal ausgebildet. Die wenigstens eine elektrische Leitung kann aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, bestehen. Die wenigstens eine elektrische Leitung kann beschichtet und/oder geschwärzt sein, um den Reflexionsgrad des äußeren Oberflächenbereichs der wenigstens einen elektrische Leitung zu reduzieren. Die Beschichtung kann zum Beispiel eine Palladium- oder Molybdänbeschichtung sein. In einigen Ausführungsformen kann die wenigstens eine elektrische Leitung eine Breite im Bereich zwischen 5 µm und 50 µm aufweisen. Insbesondere kann die Breite bzw. der Querschnitt der wenigstens einen elektrischen Leitung abhängig von der Länge der optoelektronischen Faser und der zu übertragenden elektrischen Energie zur Versorgung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente sein.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die wenigstens eine elektrische Leitung ein im Wesentlichen transparentes Material, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO). Durch ein solches Material kann beispielsweise die Transparenz der optoelektronischen Faser und somit die Transparenz der optoelektronischen Leuchtvorrichtung erhöht werden.
  • In einigen Ausführungsformen weist die optoelektronische Faser eine flexible Abdeckschicht auf. Die flexible Abdeckschicht ist auf dem flexiblen Trägersubstrat angeordnet und bettet die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ein. Die flexible Abdeckschicht und die flexible Trägerschicht können beispielsweise die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente einschließen und der wenigstens einen elektrischen Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelementen eine mechanische Stabilität verleihen. Ferner können die flexible Abdeckschicht und die flexible Trägerschicht die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente beispielsweise vor Beschädigungen, die bei der Weiterverarbeitung der optoelektronischen Faser auftreten können, schützen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das flexible Trägersubstrat und/oder die flexible Abdeckschicht mindestens eines aus den Materialien PVB, EVA, Silikon, Acryl und einem Epoxid. Insbesondere kann das flexible Trägersubstrat und/oder die flexible Abdeckschicht ein im Wesentlichen transparentes Material umfassen, dass zusätzlich dazu flexible bzw. elastische Eigenschaften aufweist. In einigen Ausführungsformen weisen das flexible Trägersubstrat und die flexible Abdeckschicht das gleiche Material auf.
  • Die Formulierung „flexibel“ kann dabei dahingehend verstanden, dass das flexible Trägersubstrat und/oder die flexible Abdeckschicht biegsam bzw. elastisch ist und zerstörungsfrei und ohne Einwirkung großer Kräfte in eine gewünschte Form gebracht werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen weisen das Material des flexiblen Trägersubstrats und/oder das Material der flexiblen Abdeckschicht einen Brechungsindex auf, der im Wesentlich dem Brechungsindex des Materials der ersten und/oder der zweiten Zwischenschicht entspricht. Dadurch ist es möglich, dass ein Brechungsindexsprung zwischen den Materialien des flexiblen Trägersubstrats und/oder der flexiblen Abdeckschicht und der ersten und/oder der zweiten Zwischenschicht reduziert ist. Dies kann wiederum dazu führen, dass an den Grenzflächen zwischen dem flexiblen Trägersubstrat und/oder der flexiblen Abdeckschicht und der ersten und/oder der zweiten Zwischenschicht kein oder nur kaum Licht gebrochen bzw. reflektiert wird.
  • In einigen Ausführungsformen weist die optoelektronische Faser quer zur Längsrichtung gesehen einen der folgenden Querschnittsformen auf: rechtecksförmig; quadratisch; rund; oval; und trapezförmig. Die Querschnittsfläche kann dabei beispielsweise zu einem ersten Teil von dem flexiblen Trägersubstrat und zu einem zweiten Teil von der flexiblen Abdeckschicht gebildet sein. Zwischen dem flexiblen Trägersubstrat und der flexiblen Abdeckschicht kann die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente angeordnet sein.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Höhe und/oder Breite bzw. ein Durchmesser oder Radius einer Querschnittsfläche der optoelektronischen Faser kleiner oder gleich 200 µm und insbesondere kleiner oder gleich 150 µm. Mit einer solchen Höhe ist es möglich die optoelektronische Faser in die Verbindungsschicht zwischen zwei Glasscheiben zu integrieren, da die durch die wenigstens eine optoelektronische Faser erzeugte Topographie durch die Verbindungsschicht ausgeglichen werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Höhe von wenigstens zwei sich kreuzenden optoelektronischen Fasern an deren Kreuzungspunkt kleiner oder gleich 300 µm. Mit einer solchen Höhe ist es möglich auch mehrere sich kreuzende optoelektronische Fasern in die Verbindungsschicht zwischen zwei Glasscheiben zu integrieren, da die durch die mehreren sich kreuzenden optoelektronische Fasern erzeugte Topographie durch die Verbindungsschicht ausgeglichen werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen weist die optoelektronische Faser eine Länge von mindestens 1 m, insbesondere eine Länge von mindestens 5 m auf. Die Optoelektronische Faser kann insbesondere als eine Endlosfaser ausgestaltet sein und in Längsrichtung gesehen eine besonders große Länge aufweisen. Die optoelektronische Faser kann beispielsweise in ähnlicher Weise wie eine herkömmliche textile Faser aufgerollt und verarbeitet werden und kann sich daher besonders gut zur Integration in die Verbindungsschicht einer Verbundglasscheibe eignen.
  • In einigen Ausführungsformen ist jedes der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen durch ein Leuchtelement bzw. eine LED gebildet. In einigen Ausführungsformen bildet jedes der Leuchtelemente einen Leuchtpunkt, wobei die Gesamtheit der Leuchtpunkte während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung ein leuchtendes Symbol oder einen leuchtenden Schriftzug formen kann. Die Leuchtpunkte können hingegen auch willkürlich zueinander angeordnet sein und beispielsweise ein punktförmiges Muster bilden. Dabei ist der Begriff Leuchtpunkt nicht als punktförmiges Element, sondern als Bereich einer durch die Größe des Halbleiterbauelements vorgegebenen definierten Leuchtfläche zu verstehen.
  • In einigen Ausführungsformen kann zumindest eine der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen durch ein Leuchtelement bzw. eine LED gebildet sein, die ein Konversionsmaterial umfasst. Das Konversionsmaterial kann beispielsweise über einem lichtemittierenden Bereich des Halbleiterbauelements angeordnet sein und dazu ausgebildet sein, das von dem Halbleiterbauelement emittierte Licht in Licht einer anderen Wellenlänge konvertieren.
  • In einigen Ausführungsformen ist jedes der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen durch eine LED, insbesondere einen LED-Chip gebildet. Eine LED kann insbesondere als Mini-LED bezeichnet werden, das ist eine kleine LED, beispielsweise mit Kantenlängen von weniger als 200 µm, insbesondere bis zu weniger als 40 µm, insbesondere im Bereich von 200 µm bis 10 µm. Ein anderer Bereich liegt zwischen 150 µm bis 40 µm. Bei diesen räumlichen Ausdehnungen ist das optoelektronische Halbleiterbauelemente für das menschliche Auge nahezu unsichtbar.
  • Die LED kann auch als Mikro-LED, auch µLED genannt, oder als pLED-Chip bezeichnet werden, insbesondere für den Fall, dass die Kantenlängen in einem Bereich von 100 µm bis 10 µm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die LED eine räumliche Abmessung von 90 × 150µm oder eine räumliche Abmessung von 75 ×125µm aufweisen.
  • Die Mini-LED oder der pLED-Chip kann in einigen Ausführungsformen ein ungehauster Halbleiterchip sein. Ungehaust kann bedeuten, dass der Chip kein Gehäuse um seine Halbleiterschichten herum aufweist, wie z.B. ein „chip die“. In einigen Ausführungsformen kann ungehaust bedeuten, dass der Chip frei von jeglichem organischen Material ist. Somit enthält das ungehauste Bauelement keine organischen Verbindungen, die Kohlenstoff in kovalenter Bindung enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann jedes der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen eine Mini-LED oder einen pLED-Chip umfassen, der so konfiguriert ist, dass er Licht einer ausgewählten Farbe emittiert. In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehrere der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen ein Pixel, wie z. B. ein RGB-Pixel, das drei Mini-LEDs oder pLED-Chips umfasst, bilden. Ein RGB-Pixel kann zum Beispiel Licht der Farben Rot, Grün und Blau sowie beliebige Mischfarben emittieren. In einigen Ausführungsformen können auch mehr als drei der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen ein Pixel, wie z. B. ein RGBW-Pixel, das vier Mini-LEDs oder pLED-Chips umfasst, bilden. Ein RGBW-Pixel kann zum Beispiel Licht der Farben Rot, Grün, Blau und Weiß sowie beliebige Mischfarben emittieren. Beispielsweise kann mittels einem RGBW-Pixel weißes Licht, oder rotes Licht oder grünes Licht oder blaues Licht in Form einer Vollkonversion erzeugt werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist jedes der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente einem integrierten Schaltkreis zu dessen Ansteuerung zugeordnet. In einigen ausführungsformen sind jeweils 2 oder mehrere der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente einem integrierten Schaltkreis zu deren Ansteuerung zugeordnet. Beispielsweise kann jeweils ein RGB-Pixel einem integrierten Schaltkreise (IC) zugeordnet sein. Der oder die integrierten Schaltkreise können beispielsweise durch einen besonders kleinen integrierten Schaltkreis, wie z. B. einen mikrointegrierten Schaltkreise (µIC), gebildet sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann über jedem der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente bzw. über jedem Pixel eine Schicht mit lichtstreuenden Partikeln angeordnet sein. Die Verwendung einer solchen Schicht mit den lichtstreuenden Partikeln kann insbesondere eine homogene Abstrahlung des Lichts der optoelektronischen Halbleiterbauelemente verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente einer optoelektronischen Faser in Form einer Parallelschaltung miteinander verbunden. Dies kann im Vergleich zu einer Serienschaltung den Vorteil haben, dass ein einzelnes defektes optoelektronisches Halbleiterbauelement nicht dazu führt, dass die weiteren optoelektronischen Halbleiterbauelemente derselben optoelektronischen Faser nicht weiter betrieben werden können.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente einer optoelektronischen Faser in Form einer Daisy Chain Verschaltung miteinander verbunden. Daisy Chain kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente über einen seriellen Bus angesteuert werden. Beispielsweise kann so durch eine Hintereinanderschaltung von mehreren optoelektronischen Halbleiterbauelemente mit beispielsweise jeweils einem den optoelektronischen Halbleiterbauelementen zugeordneten integrierten Schaltkreis (IC) eine individuelle Ansteuerbarkeit der optoelektronischen Halbleiterbauelemente erreicht werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist jedes der Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen durch ein Leuchtelement bzw. eine LED gebildet. Die Vielzahl von Leuchtelementen formt während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung ein leuchtendes Symbol oder einen leuchtenden Schriftzug. Im Fall einer Vielzahl von optoelektronischen Fasern können die Leuchtelemente der einzelnen optoelektronischen Fasern während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung gesamthaft ein Symbol oder einen leuchtenden Schriftzug formen, oder die Leuchtelemente der einzelnen optoelektronischen Fasern können während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung mehrere Symbole oder leuchtende Schriftzüge formen.
  • In einigen Ausführungsformen ist in Längsrichtung der optoelektronischen Faser gesehen ein Abstand zwischen zumindest zwei benachbarten optoelektronische Halbleiterbauelementen größer oder gleich 1 mm, größer oder gleich 1cm, oder größer oder gleich 2 cm. Die Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen kann somit mit einem relativ hohen Abstand zueinander, beispielsweise größer oder gleich 2 cm, auf eine besonders kostengünstige Art und Weise in eine Scheiben beispielsweise eines Kraftfahrzeugs integriert werden. Die durch den großen Abstand entstehenden unbeleuchtete Flächen verursachen dabei keine oder nur minimale Kosten, da in diesen Flächen keine Halbleiterkomponenten oder Halbleitersubstrate sondern lediglich die Zwischenschichten vorhanden sind.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die optoelektronische Leuchtvorrichtung eine weitere transparente Scheibe, insbesondere Glasscheibe, wobei die erste und die zweite Zwischenschicht zwischen den beiden transparenten Scheiben, insbesondere Glasscheiben, angeordnet sind. Die erste und die zweite Zwischenschicht können beispielsweise durch eine thermoplastische Verbindungsschicht gebildet sein, die zwischen zwei Glasscheiben laminiert ist. Entsprechend kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung eine Verbundglasscheibe bilden, in die eine Vielzahl von Leuchtelementen integriert ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronische Leuchtvorrichtung mit den Schritten:
    • - Bereitstellen einer transparenten Scheibe, insbesondere Glasscheibe;
    • - Aufbringen einer ersten zumindest teilweise transparente Zwischenschicht auf die transparente Scheibe;
    • - Bereitstellen wenigstens einer optoelektronischen Faser, wobei die wenigstens eine optoelektronische Faser wenigstens eine elektrische Leitung, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und die mit einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen verbunden ist, und ein flexibles Trägersubstrat umfasst;
    • - Anordnen der wenigstens einen optoelektronischen Faser auf der ersten Zwischenschicht; und
    • - Aufbringen einer zweiten zumindest teilweise transparente Zwischenschicht auf die erste Zwischenschicht derart, dass die zweite Zwischenschicht die erste Zwischenschicht und die wenigstens eine optoelektronische Faser bedeckt.
  • In einigen Ausführungsformen erfolgt der Schritt des Anordnens der wenigstens einen optoelektronischen Faser auf der ersten Zwischenschicht derart, dass die wenigstens eine optoelektronische Faser bzw. die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente im Betrieb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ein Symbol oder einen Schriftzug formen. Die wenigstens einen optoelektronischen Faser kann dazu beispielsweise in einer entsprechenden Anordnung bzw. Form in die erste Zwischenschicht eingedrückt, oder auf diese aufgeklebt werden, sodass die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente im späteren vorgesehenen Betrieb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ein Symbol oder einen Schriftzug formen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt:
    • - Anordnen einer weiteren transparente Scheibe, insbesondere Glasscheibe, auf der zweiten Zwischenschicht derart, dass die erste und die zweite Zwischenschicht zwischen den beiden transparenten Scheiben, insbesondere Glasscheiben, angeordnet sind.
  • In einigen Ausführungsformen werden die transparente Scheibe, die erste Zwischenschicht, die zweite Zwischenschicht und die optionale weitere transparente Scheibe in einem weiteren Laminationsschritt, insbesondere unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, miteinander verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Bereitstellens der wenigstens einen optoelektronischen Faser einen Schritt des Bereitstellens des flexiblen Trägersubstrats, einen Schritt des Anordnens wenigstens einer elektrischen Leitung entlang der Längsrichtung auf dem flexiblen Trägersubstrat, und, einen Schritt des elektrischen Verbindens einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen mit der wenigstens einen elektrischen Leitung. Ebenso können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente auch in Form einer Baugruppe, einzeln oder zu mehreren angeordnet auf einem integrierten Schaltkreis, mit der wenigstens einen elektrischen Leitung verbunden werden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Bereitstellens der wenigstens einen optoelektronischen Faser ferner einen Schritt des Anordnens einer flexiblen Abdeckschicht auf dem flexiblen Trägersubstrat. Die flexible Abdeckschicht wird dabei derart auf dem flexiblen Trägersubstrat angeordnet, dass die wenigstens eine elektrische Leitung und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente zumindest teilweise in die flexible Abdeckschicht eingebettet sind.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
    • 1 den Aufbau einer Verbundglasscheibe;
    • 2 den Aufbau einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
    • 3 den Aufbau einer optoelektronischen Faser nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
    • 4 einen integrierten Schaltkreis mit einem bzw. drei drauf angeordneten optoelektronische Halbleiterbauelementen; und
    • 5 eine Draufsicht auf eine optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
  • Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
  • 1 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Verbundglasscheibe 1. Die Verbundglasscheibe 1 umfasst eine erste Glasscheibe 2 und eine zweite Glasscheibe 3, sowie eine thermoplastische Verbindungsschicht 4, die die beiden Glasscheiben mechanisch miteinander verbindet. Die Verbundglasscheibe 1 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die beiden Glasscheiben mittels der thermoplastische Verbindungsschicht 4 zusammen laminiert werden.
  • 2 zeigt den Aufbau einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 5 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Die Leuchtvorrichtung 5 umfasst eine transparente Scheibe 6, insbesondere Glasscheibe, auf der eine erste zumindest teilweise transparente Zwischenschicht 7 angeordnet ist. Ferner umfasst die Leuchtvorrichtung 5 ein Netz aus optoelektronischen Fasern 8, die auf der ersten Zwischenschicht 7 angeordnet sind. Über den optoelektronischen Fasern 8 ist eine zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht 9 angeordnet, die die optoelektronischen Fasern 8 bedeckt und über der zweiten Zwischenschicht 9 ist eine weitere transparente Scheibe 10, insbesondere Glasscheibe angeordnet.
  • Der Verbund aus den dargestellten Schichten bzw. Scheiben ist miteinander mechanisch verbunden, indem die beiden transparenten Scheiben 6, 10, durch die beiden Zwischenschichten 7, 9 beispielsweise zusammen laminiert werden können. Alternativ kann der Verbund aus den dargestellten Schichten bzw. Scheiben miteinander verklebt werden.
  • Das Netz aus optoelektronischen Fasern 8 kann eine oder mehrere optoelektronische Fasern 11 entsprechend der Darstellung in 3 umfassen. Die in 3 dargestellte optoelektronische Faser 11 weist eine erste und eine zweite elektrische Leitung 12, 13 auf, die sich in einer Längsrichtung L der optoelektronische Faser 11 erstreckt. Ferner weist die optoelektronische Faser 11 eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 14 auf, die mit den beiden elektrischen Leitungen12, 13 elektrisch verbunden sind und entlang der Längsrichtung in der optoelektronischen Faser 11 verteilt sind.
  • Zusätzlich dazu weist die optoelektronische Faser 11 ein flexibles Trägersubstrat 15, auf dem die beiden elektrischen Leitungen 12, 13 und die Vielzahl der optoelektronische Halbleiterbauelemente 14 angeordnet sind, sowie eine flexibles Abdeckschicht 16 auf, die auf dem flexiblen Trägersubstrat 15 angeordnet ist und die die elektrischen Leitungen 12, 13 und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 einbettet.
  • Das flexible Trägersubstrat 15 und die flexibles Abdeckschicht 16 hüllen die elektrischen Leitungen 12, 13 und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 ein und verleihen der optoelektronischen Faser 11 eine benötigte mechanische Stabilität. Ferner können die flexible Abdeckschicht 16 und die flexible Trägerschicht 15 die elektrischen Leitungen 12, 13 und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 vor Beschädigungen, die bei der Weiterverarbeitung der optoelektronischen Faser 11 auftreten können, schützen.
  • Das flexible Trägersubstrat 15 und die flexible Abdeckschicht 16 können dazu ein im Wesentlichen transparentes Material umfassen, dass zusätzlich dazu flexible bzw. elastische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise weisen das flexible Trägersubstrat 15 und die flexible Abdeckschicht 16 ein Material wie PVB, EVA, Silikon, Acryl, oder ein Epoxid auf.
  • Entsprechend der 3 sind jeweils drei optoelektronische Halbleiterbauelemente 14 auf einem integrierten Schaltkreis 17 angeordnet und bilden ein Pixel. Beispielsweise können die drei optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 auf einem integrierten Schaltkreis 17 jeweils ein RGB-Pixel bilden.
  • In 4 ist sind zwei Ausführungsformen einer entsprechenden Baugruppe 19 aus integriertem Schaltkreis 17 und darauf angeordneten Halbleiterbauelementen 14 dargestellt. Auf der linken Seite der Figur ist ein integrierter Schaltkreis 17 mit einem darauf angeordneten optoelektronischen Halbleiterbauelement 14 dargestellt, wohingegen auf der rechten Seite der Figur ein integrierter Schaltkreis 17 mit drei darauf angeordneten optoelektronischen Halbleiterbauelement 14 dargestellt ist. Die beiden unteren Darstellungen der Figur zeigen einen Verguss 18 der Baugruppe 19 mit jeweils einer Kavität 20 oberhalb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 sodass das Licht der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 von der Baugruppe 19 emittiert werden kann.
  • Die optoelektronische Faser 11 weist quer zur Längsrichtung L gesehen einen rechtecksförmigen Querschnitt auf. Die Querschnittsfläche wird dabei zu einem ersten Teil von dem flexiblen Trägersubstrat 15 und zu einem zweiten Teil von der flexiblen Abdeckschicht 16 gebildet. Zwischen dem flexiblen Trägersubstrat 15 und der flexiblen Abdeckschicht 16 sind die eine elektrischen Leitungen 12, 13 und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 bzw. auch die integrierten Schaltkreise 17 angeordnet.
  • Die Querschnittsfläche weist eine Höhe H und eine Breite B auf. Die Höhe H ist dabei insbesondere kleiner oder gleich 200 µm, oder kleiner oder gleich 150 µm und die Breite B ist insbesondere kleiner oder gleich 300 µm, oder kleiner oder gleich 200 µm. Mit einer solchen Höhe ist es möglich die optoelektronische Faser 11 zwischen die zwei Zwischenschichten 7,9 zwischen die beiden transparenten Scheiben 6, 10 zu integrieren, da die durch die optoelektronische Faser 11 erzeugte Topographie durch die zwei Zwischenschichten 7,9 ausgeglichen werden kann.
  • 5 zeigt eine Draufsicht einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 5 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Die optoelektronischen Leuchtvorrichtung 5 weist mehrere optoelektronische Fasern 11 auf, die zwischen den beiden Zwischenschichten 7,9 angeordnet sind. Exemplarisch sind in der 5 optoelektronische Fasern 11 dargestellt.
  • Die optoelektronischen Fasern 11 können derart zwischen den beiden Zwischenschichten 7,9 angeordnet sein, dass zumindest eine Teilmenge der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung 5 ein leuchtendes Symbol oder einen leuchtenden Schriftzug formt. Ebenso können jedoch auch alle der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung 5 gesamthaft ein Symbol oder einen leuchtenden Schriftzug formen. Alternativ, oder zusätzlich dazu können zumindest einige der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 14 willkürlich zueinander angeordnet sein und während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der optoelektronische Leuchtvorrichtung 5 beispielsweise ein punktförmiges Muster bilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbundglasscheibe
    2
    erste Glasscheibe
    3
    zweite Glasscheibe
    4
    thermoplastische Verbindungsschicht
    5
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    6
    transparente Scheibe
    7
    erste zumindest teilweise transparente Zwischenschicht
    8
    Netz aus optoelektronischen Fasern 8
    9
    zweite zumindest teilweise transparente Zwischenschicht
    10
    weitere transparente Scheibe
    11
    optoelektronische Faser
    12
    erste elektrische Leitung
    13
    zweite elektrische Leitung
    14
    optoelektronisches Halbleiterbauelement
    15
    flexibles Trägersubstrat
    16
    flexible Abdeckschicht
    17
    integrierter Schaltkreis
    18
    Verguss
    19
    Baugruppe
    20
    Kavität
    L
    Längsrichtung
    H
    Höhe
    B
    Breite
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2020011857 A1 [0008]

Claims (21)

  1. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (5) umfassend: eine transparente Scheibe (6), insbesondere Glasscheibe, auf der eine erste zumindest teilweise transparente Zwischenschicht (7) angeordnet ist; wenigstens eine auf der ersten Zwischenschicht (7) angeordnete optoelektronische Faser (8, 11) mit wenigstens einer elektrischen Leitung (12, 13), die sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und die mit einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen (14) verbunden ist, wobei die optoelektronische Faser (11) ein flexibles Trägersubstrat (15) umfasst, auf dem die wenigstens eine elektrische Leitung (12, 13) und die Vielzahl der optoelektronische Halbleiterbauelemente (14) angeordnet sind; und eine zweite eine zumindest teilweise transparente Zwischenschicht (9), wobei die zweite Zwischenschicht auf der ersten Zwischenschicht (7) angeordnet ist und die wenigstens eine optoelektronische Faser (11) bedeckt.
  2. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine elektrische Leitung (12, 13) geschwärzt ist oder ein im Wesentlichen transparentes Material umfasst.
  3. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optoelektronische Faser (11) eine flexible Abdeckschicht (16) aufweist, die auf dem flexiblen Trägersubstrat (15) angeordnet ist und die flexible Abdeckschicht (16) die wenigstens eine elektrische Leitung (12, 13) und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) einbettet.
  4. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das flexible Trägersubstrat (15) und/oder die flexible Abdeckschicht (16) mindestens eins aus PVB, EVA, Silikon, Acryl und einem Epoxid umfasst, und wobei optional das flexible Trägersubstrat (15) und die flexible Abdeckschicht (16) das gleiche Material aufweisen.
  5. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Material des flexiblen Trägersubstrats (15) und/oder das Material der flexiblen Abdeckschicht (16) einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlich dem Brechungsindex des Materials der ersten und/oder der zweiten Zwischenschicht (7, 9) entspricht.
  6. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die optoelektronische Faser (11) quer zur Längsrichtung (L) gesehen einen der folgenden Querschnittsformen aufweist: rechtecksförmig; quadratisch; rund; oval; und trapezförmig.
  7. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Höhe (H) und/oder Breite (B) bzw. ein Durchmesser oder Radius einer Querschnittsfläche der optoelektronischen Faser (11) kleiner oder gleich 200 µm und insbesondere kleiner oder gleich 150 µm ist.
  8. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die optoelektronische Faser (11) eine Länge von mindestens 1 m aufweist.
  9. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jedes der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelementen (14) einem integrierten Schaltkreis (17) zu dessen Ansteuerung zugeordnet ist, oder, wobei jeweils zwei oder mehrere der Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) einem integrierten Schaltkreis (17) zu deren Ansteuerung zugeordnet sind.
  10. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) in Form einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
  11. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) in Form einer Daisy Chain Verschaltung miteinander verbunden sind.
  12. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die wenigstens eine optoelektronische Faser (11) bzw. die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) im Betrieb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) ein Symbol oder einen Schriftzug formen.
  13. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend eine weitere transparente Scheibe (10), insbesondere Glasscheibe, wobei die erste und die zweite Zwischenschicht (7, 9) zwischen den beiden transparenten Scheiben (6, 10), insbesondere Glasscheiben, angeordnet sind.
  14. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche wobei eine Höhe von wenigstens zwei sich kreuzenden optoelektronischen Fasern (11) an deren Kreuzungspunkt kleiner oder gleich 300 µm ist.
  15. Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche wobei in die Längsrichtung (L) gesehen ein Abstand zwischen zumindest zwei benachbarten optoelektronische Halbleiterbauelementen (14) größer oder gleich 1 mm ist.
  16. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronische Leuchtvorrichtung (5) umfassend die Schritte: Bereitstellen einer transparenten Scheibe (6), insbesondere Glasscheibe; Aufbringen einer ersten zumindest teilweise transparente Zwischenschicht (7) auf die transparente Scheibe (6) ; Bereitstellen wenigstens einer optoelektronischen Faser (11), wobei die wenigstens eine optoelektronische Faser (11) wenigstens eine elektrische Leitung (12, 13), die sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und die mit einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen (14) verbunden ist, und ein flexibles Trägersubstrat (15) umfasst; Anordnen der wenigstens einen optoelektronischen Faser (11) auf der ersten Zwischenschicht (7); und Aufbringen einer zweiten zumindest teilweise transparente Zwischenschicht (9) auf die erste Zwischenschicht (7) derart, dass die zweite Zwischenschicht (9) die erste Zwischenschicht (7) und die wenigstens eine optoelektronische Faser (11) bedeckt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Anordnens der wenigstens einen optoelektronischen Faser (11) auf der ersten Zwischenschicht (7) derart erfolgt, dass die wenigstens eine optoelektronische Faser (11) bzw. die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) im Betrieb der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) ein Symbol oder einen Schriftzug formen.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, weiter umfassend ein Anordnen einer weiteren transparente Scheibe (10), insbesondere Glasscheibe, auf der zweiten Zwischenschicht (9) derart, dass die erste und die zweite Zwischenschicht (7, 9) zwischen den beiden transparenten Scheiben (6, 10), insbesondere Glasscheiben, angeordnet sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiter umfassend einen Laminationsschritt, bei dem die transparente Scheibe (6), die erste Zwischenschicht (7), die zweite Zwischenschicht (9) und optional eine weitere transparente Scheibe (10) miteinander verbunden werden.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Schritt des Bereitstellens der wenigstens einen optoelektronischen Faser (11) einen Schritt des Bereitstellens des flexiblen Trägersubstrats (15), einen Schritt des Anordnens wenigstens einer elektrischen Leitung (12, 13) entlang der Längsrichtung (L) auf dem flexiblen Trägersubstrat (15), und, einen Schritt des elektrischen Verbindens einer Vielzahl von optoelektronische Halbleiterbauelementen (14) mit der wenigstens einen elektrischen Leitung (12, 13) umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Bereitstellens der wenigstens einen optoelektronischen Faser (11) ferner einen Schritt des Anordnens einer flexiblen Abdeckschicht (16) auf dem flexiblen Trägersubstrat (15) umfasst, derart, dass die wenigstens eine elektrische Leitung (12, 13) und die Vielzahl der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (14) zumindest teilweise in die flexible Abdeckschicht (16) eingebettet sind.
DE102021108003.7A 2021-03-30 2021-03-30 Optoelektronische leuchtvorrichtung und verfahren Withdrawn DE102021108003A1 (de)

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