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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Lichtquellen oder Anzeigevorrichtungen, die ein
Array aus Leuchtdioden (LEDs) verwenden, und insbesondere die Verbesserung
der Gleichförmigkeit der Lichtemission eines Arrays aus
LEDs.
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Glossar
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„Punkt"
wird nicht im mathematischen Sinn von verschwindend klein benutzt.
Eine Punktlichtquelle ist eine helle Quelle in einem kleinen, endlichen
Raum, wobei „klein" im Verhältnis zur Größe
der Umgebungsstruktur gilt. Die Aussage, eine Punktlichtquelle strahle
gleichförmig in alle Richtungen, mag bei kleinlicher Auslegung
anfechtbar sein. Diese kleinliche Auslegung trifft auf die Praxis
nicht zu und gilt im vorliegenden Zusammenhang nicht. Daher handelt
es sich bei Glühlampen, LEDs, einigen Gasentladungslampen
und anderen um Punktlichtquellen, obwohl sie, wie im Fall von LEDs,
in eine bevorzugte Richtung strahlen.
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Streng
genommen reflektieren alle nicht leuchtenden Objekte mit der Ausnahme
schwarzer Löcher Licht, da sie anderenfalls nicht sichtbar
wären. Eine reflektierende Fläche ist entweder
spiegelnd (eine spiegelartige oder polierte Fläche), oder gleichförmig
diffus, oder liegt irgendwo dazwischen. Auf mikroskopischer Ebene
ist auch eine hoch polierte Spiegeloberfläche nicht perfekt
spiegelnd, noch ist jeder diffuse Reflektor ein perfekter Lambertscher Reflektor.
Mathematische Einzelheiten sind hier nicht relevant. Relevant ist
stattdessen ein makroskopischer, praktischer Streukörper,
bei dem es sich in ausreichendem, wenngleich nicht vollkommenem Umfang
um einen Lambertschen Streukörper handelt. Viele Objekte
erfüllen diese Bedingung, beispielsweise in einem Medium
zerstreute Partikel, ein Blatt weißes Papier, oder eine
Folie aus weißem Kunststoff. Farbiges Papier oder Kunststoff
reflektieren das Licht dabei nicht nur, sondern filtern es natürlich
auch.
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Ein „leuchtendes"
Objekt strahlt Licht ab. Licht, das auf ein Objekt fällt, „beleuchtet"
das Objekt. Die „Leuchtkraft" bezeichnet die von einer
Quelle abgestrahlte Lichtmenge. Die "Beleuchtungsstärke"
bezeichnet die Lichtmenge, die auf ein Objekt fällt.
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Eine „Grafik"
kann einen Text, ein Symbol, eine beliebige Form oder eine Kombination
aus diesen bezeichnen. Eine Grafik kann lichtdurchlässig, schattiert
oder farbig sein, und es kann sich um eine Silhouette oder einen
Umriss oder um eine Kombination aus diesen handeln.
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Im
hier verwendeten Sinne bezeichnet eine „flexible Schaltung"
jede Art von Substrat mit Leiterbahnen, das dazu dient, LEDs und
andere Vorrichtungen in einen elektrischen Schaltkreis aufzunehmen.
Daher umfasst eine flexible Schaltung auch gedruckte Leiterplatten.
Die Flexibilität des Substrats spielt für die
Erfindung keine Rolle.
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Eine „LED"
ist ein Halbleiterrohchip, der einen p-n-Übergang aufweist,
der von wenigstens einer Fläche des Rohchips Licht abstrahlt,
wenn die Sperrschicht eine Vorspannung in Durchlassrichtung aufweist.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Auf
dem nicht relevanten Gebiet der Astronomie ist es bekannt, durch
Abblasen einer Aluminiumplatte mit Sandstrahlen und durch Beleuchten
der Platte mit vier LEDs einen Flatfield-Projektor herzustellen;
siehe Simon Tulloch, Design and Use of a Novel Flat Field Illumination
Light Source, Technical Note 108, Instrument Science Group, Royal
Greenwich Observatory, 1996.
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Für
Rücklichter, Anzeigevorrichtungen und andere Anwendungen
wird eine Lichtquelle gewünscht, die so gleichförmig
wie möglich ist, wobei hierin das Problem liegt. LEDs weisen
zahlreiche Vorteile gegenüber Glühlampen auf,
sind jedoch, genau wie Glühlampen, Punktlichtquellen. Verschiedene
Formen von Lichtführungen oder Lichtkanälen werden
benutzt, um das Licht zu streuen, doch eine Punktlichtquelle ist
nach wie vor häufig durch das von hinten beleuchtete Objekt
hindurch sichtbar. Das Ergebnis ist ein ungleichförmiges
Leuchten. Licht von einer direkt betrachteten Quelle ist „grell"
und nicht wünschenswert. Der Bedarf an Lichtführungen
u. Ä. erfordert komplexe Strukturen, die, wenigstens bezüglich
der anfänglichen Werkzeugbereitstellung, teuer in der Herstellung
sind.
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LEDs-Arrays
sind seit langem im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart
die
US-Patentschrift 4,047,075 (Schoberl)
ein LED-Array, das durch einfaches Stapeln mehrerer verkapselter
LEDs in einem kleinen Raumvolumen hergestellt ist. Verkapselte LEDs
nehmen in dem Gehäuse wesentlich mehr Raum ein als der
Halbleiterrohchip.
US-Patentschrift
4,335,501 (Wickenden et al.) offenbart ein Array aus LED-Rohchips
auf einem einzelnen Halbleitersubstrat.
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Eine
LED ist eine nichtlineare Vorrichtung. Wie die meisten Dioden leitet
eine LED nicht, bis eine Vorwärtsspannung einen Schwellenwert überschreitet,
z. B. 0,6 Volt, wobei das Leiten dann durch eine Art von Ballast
begrenzt werden muss, und zwar typischerweise durch einen Serienwiderstand.
Der Strom beträgt typischerweise 10 bis 60 mA, und die Leuchtstärke
ist in etwa proportional zum Strom. Bei Veränderungen des
Stroms kann sich auch die Farbe des abgestrahlten Lichts ändern.
Wie jede Vorrichtung erzeugen LEDs Wärme. Leider weisen
LEDs typischerweise einen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten
auf, was bedeutet, dass der Strom mit der Temperatur zunimmt. Das
Steuern des Stroms ist daher aus mehreren Gründen wichtig.
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Zwei
LEDs derselben Typennummer weisen nicht unbedingt dieselben elektrischen
Eigenschaften auf. Wenn für zwei parallele LEDs ein einzelner Widerstand
als Ballast benutzt wird, kann der Ausfall einer LED dazu führen,
dass die zweite LED übersteuert wird (zu viel Strom), und
daher kurze Zeit später ausfällt. Größere
Arrays mit seriell und parallel geschalteten LEDs weisen dasselbe
Problem auf, das durch die größere Anzahl an LEDs
sogar noch verstärkt wird. Obwohl es gesondert im Stand
der Technik bekannt ist, dass Strom, der durch eine LED fließt,
sorgfältig gesteuert werden muss, offenbare viele Patente
zu LED-Arrays nur in mangelhafter Weise, wie das Array anzusteuern
ist, indem nur auf eine Begrenzung oder „Konditionierung"
des Stroms in einer nicht offenbarten Art und Weise verwiesen wird.
Möglicherweise ist eine gleichförmige Leuchtstärke
kein Anliegen, oder sie ist bei den offenbarten Konfigurierungen
zu schwer zu erreichen.
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Die
Benutzung von Reflexion und Streuung zur Verbesserung der Gleichförmigkeit
des Lichts, das von einer LED abgestrahlt wird, und insbesondere
von einem LED-Array, ist im Stand der Technik bekannt; siehe z.
B. das oben genannte Patent von Schoberl. Die Bereitstellung eines
solchen Mittels für einen nicht verkapselten Rohchip ist
eine wesentlich schwierigere Herausforderung, und zwar aus dem einfachen
Grund, dass der Rohchip oder Chip relativ ungeschützt ist. Überdies
ist der Rohchip ein Kristall aus zwei oder mehr Elementen (unter
Nichtbeachtung von Spuren an Dotiersubstanzen), z. B. aus Galliumarsenid
oder Indiumgalliumnitrid, das zerbrechlicher ist als Silizium. Die
Metallurgie für die Kontaktbereiche steigert die Spannung
innerhalb eines Rohchips weiter. Daher müssen die LED-Rohchips
wesentlich sorgfältiger gehandhabt werden als verkapselte
Vorrichtungen.
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Beispielsweise
wird bei LED-Rohchips, die auf einem flexiblen Substrat montiert
sind, die vordere Elektrode jedes Rohchips mit einem Goldkontakt auf
dem Rohchip verdrahtet. Der Rohchip wird verkapselt, um die Verdrahtung
zu schützen, und der Rohchip wird in eine transparente
leitfähige Schicht geschoben, um den Kontakt herzustellen.
Die leitfähige Schicht ist eine aufgestäubte Indiumzinnoxid-(ITO)-Schicht
oder ein ITO-Pulver in einem geeigneten Bindemittel. Stattdessen
kann auch eine polymerische leitfähige Schicht aus PEDOT-PSS
(Poly-3,4-ethylendioxythiophen/polystyrolsulfonsäure) benutzt
werden. Trotz der relativen Flexibilität des Substrats
und der anderen Schichten entstehen bei der Zusammenstellung eines
Arrays häufig Risse im Rohchip. Außerdem sind
Verdrahtung und Beschichtung kostspielig.
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Ein
Material, das als nadelkristallförmiges ITO bezeichnet
wird, ist im Stand der Technik als transparenter Leiter bekannt;
siehe
US-Patentschrift 5,580,496 (Yukinobu
et al.) und die darauf basierenden Teilpatente (
5,820,843 ,
5,833,941 ,
5,849,221 ). Nadelkristallförmiges
ITO weist eine Faserstruktur auf, die aus 2 bis 5 μm dicken
und 15 bis 25 μm langen ITO-Nadeln zusammengesetzt ist.
Die Nadeln sind in einem organischen Harz suspendiert, z. B. Polyester.
Nadelkristallförmiges ITO unterscheidet sich in seiner
Natur von anderen Formen des Materials. Eine gehärtete
Siebdruckschicht aus nadelkristallförmigem ITO ist etwa
fünfmal leitfähiger als übliche Schichten
mit ITO-Pulver, ist jedoch um etwa zwei Drittel weniger leitfähig
als aufgestäubtes ITO, das schwieriger zu strukturieren
ist als siebdruckfähige Materialien.
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In
Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es daher eine
Aufgabe der Erfindung, ein LED-Array bereitzustellen, in dem jede
LED mit einem eigenen Ballast versehen werden kann.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
das weniger teuer in der Herstellung ist als Arrays des Stands der Technik.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit
der Kontakte zu einer LED in einem Array zu verbessern, insbesondere
in einem flexiblen Array.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
bei dem das Abstrahlen von Licht durch Streuen in einer transparenten
Elektrodenschicht gleichförmiger gestaltet wird, wodurch
die Notwendigkeit einer separaten Streuschicht entfällt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
das einen in jede einzelne LED integrierten Ballastwiderstand aufweist.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
bei dem ein Ballastwiderstand für jede LED individuell
anpassbar ist, um einen gleichförmigeren Strom und eine
gleichförmigere Leuchtstärke bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
die bei Beleuchtung im Wesentlichen gleichförmig leuchten.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
die bei Beleuchtung im Wesentlichen gleichförmig leuchten,
und zwar entweder gleichzeitig oder in Untergruppen des gesamten
Arrays.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen,
bei dem der Ausfall einer LED im Wesentlichen keine Auswirkung auf die
Leuchtstärke der anderen LEDs im Array aufweist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die
genannten Aufgaben werden durch diese Erfindung erfüllt,
wobei bei einem Array aus LEDs, das zwischen ein transparentes Substrat
und eine Elektrode gekoppelt ist, eine Licht abstrahlende Fläche
jeder LED in elektrischem Kontakt mit einer Region aus nadelkristallförmigem
ITO steht. Durch Herstellung eines Kontakts zu der Licht abstrahlenden Fläche
des Rohchips stellt das nadelkristallförmige ITO auch eine
Lichtstreuung bereit. Die Kontaktregionen sind miteinander verbunden,
und bilden so das Array. Das nadelkristallförmige ITO dient
als ein Ballastwiderstand für jeden Rohchip, und der Widerstand
kann so angepasst werden, dass zwischen den LEDs ein gleichförmigerer
Strom fließt. Da jede LED einen eigenen Ballastwiderstand
aufweist, können die LEDs in einem Array in jedem beliebigen
Muster oder gleichzeitig mit einer gleichmäßigen
Leuchtstärke angesteuert werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Ein
vollständigeres Verständnis der Erfindung ermöglicht
die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Figuren, wobei:
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1 eine
Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
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2 eine
Draufsicht auf einen Abschnitt des Arrays aus 1 ist;
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3 das
Anpassen des Widerstands des Ballasts gemäß einem
Aspekt der Erfindung zeigt;
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4 das
Anpassen des Widerstands des Ballasts gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung zeigt;
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5 eine
schematische Ansicht eines Arrays aus LEDs ist, das gemäß der
Erfindung aufgebaut ist;
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6 eine
Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
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7 eine
Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
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8 eine
Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist; und
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9 eine
Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung aufgebaut ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 zeigt
im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs. Das
Array ist auf einem transparenten Polymersubstrat 11 gelagert,
das eine Dicke zwischen 0,08 mm und 0,18 mm aufweist. Eine Stromschiene 12 erstreckt
sich in die Ebene der Zeichnung hinein, und verbindet mehrere LEDs
in einer Reihe. Die Stromschiene 12 wird vorzugsweise mit
einer Silber führenden Tinte im Siebdruckverfahren aufgetragen,
obwohl auch andere leitfähige Partikel benutzt werden können,
z. B. Kohlenstoff. Eine Region aus nadelkristallförmigem
ITO 13 wird im Siebdruckverfahren auf das Substrat 11 und
die Stromschiene 12 aufgebracht. Die Region 13 stellt vorzugsweise
eine Kontaktfläche für eine einzelne LED bereit.
Die LED 14 wird in der Region 13 angeordnet und
strahlt Licht hauptsächlich nach unten durch das nadelkristallförmige
ITO ab, wie durch Pfeile 17 angezeigt. Die Faserpartikel
des nadelkristallförmigen ITO dienen als Streukörper,
und verteilen das Licht von dem Rohchip 14. Eine Haftschicht 15 isoliert
die ITO-Schicht 13 und die Stromschiene 12 von
einer hinteren Elektrode 16, bei der es sich vorzugsweise
um eine Schicht aus Aluminium handelt.
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Das
Array wird in der oben beschriebenen Reihenfolge zusammengestellt,
mit der Ausnahme, dass die Haftschicht 15 vor dem Anordnen
der LED 14 aufgebracht wird. Die Schicht 15 ist
weich, und die LED 14 wird durch die Schicht gedrückt,
und gelangt so in Kontakt mit der Schicht aus nadelkristallförmigem
ITO 13. Die Haftschicht 15 ist vorzugsweise ein wärmeaktivierbares
Haftmittel, obwohl auch ein UV-(Ultraviolettlicht)-aktiviertes Haftmittel
benutzt werden kann. Die Schicht 15 wird z. B. auf etwa
80°C erwärmt, um die Schichten nach der Zusammenstellung
zu verbinden.
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Bei
dem so geschaffenen Aufbau fließt Strom, der von der hinteren
Elektrode durch die LED fließt, auch durch das nadelkristallförmige
ITO zur Stromschiene 12. Die Region 13 stellt
auf diese Weise einen jeweils eigenen Serienwiderstand bereit, der
durch Verändern der Geometrie der Region angepasst werden
kann. Die Region aus nadelkristallförmigem ITO dient als
ein Kontakt, eine Verbindung und ein Serienwiderstand. Der Widerstand
ist Teil einer flachen, dünnen Vorrichtung, die sehr wenig
horizontalen Raum außerhalb des Rohchipbereichs einnimmt
und keine externen Bauteile benötigt, die sperrig und teuer
wären.
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Wie
in 2 gezeigt, verbindet ein Abschnitt 18 der
Schicht aus nadelkristallförmigem ITO den Bereich unter
dem Rohchip 14 und einen Bereich 19 der Überlappung
mit der Stromschiene 12. Um den Widerstand zu verändern,
kann die Geometrie des Abschnitts 18 verändert
werden. Der Bereich 19 reicht aus, um eine zuverlässige
Verbindung mit geringem Widerstand zwischen der Schicht 13 und
der Stromschiene 12 bereitzustellen. Der Serienwiderstand
der Verbindung wird im Wesentlichen durch die Form des Abschnitts 18 zwischen
dem Rohchip 14 und der Stromschiene 12 bestimmt.
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In 3 ist
ein Abschnitt 21 in seiner Breite reduziert oder beschränkt,
um den Serienwiderstand zu erhöhen. Die Beschränkung
kann von einer Kante oder von beiden Kanten des Abschnitts 21 aus
stattfinden, wie durch die gestrichelte Linie 22 angezeigt. Die
Kanten der Beschränkung müssen keine rechteckige
oder andere bestimmte Form aufweisen. Eine rechteckige Form ist
aus Gründen der Einfachheit dargestellt.
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In 4 sind
sowohl ein Abschnitt 23 als auch ein Bereich 25 reduziert.
Auf diese Weise ist der Serienwiderstand des Abschnitts aus nadelkristallförmigem
ITO 23 höher als der Serienwiderstand des Abschnitts
aus nadelkristallförmigem ITO 21, der wiederum
höher ist als der Serienwiderstand des Abschnitts aus nadelkristallförmigem
ITO 18.
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Es
ist nicht wünschenswert, den Kontaktbereich unter dem Rohchip 14 zu
reduzieren, da der elektrische Kontakt und der Wärmekontakt
zu dem Rohchip so gut wie möglich sein sollen. Es ist gezeigt,
dass die Schicht aus nadelkristallförmigem ITO den Rohchip 14 umgibt,
was bevorzugt wird, um einen Fehlerbereich für das Anordnen
des Rohchips in einem Array bereitzustellen. Durch diesen Bereich fließt
kein Strom, sondern nur zwischen dem Rohchip und der Stromschiene.
Auf diese Weise übt der Fehlerbereich im Wesentlichen keinen
Einfluss auf den Widerstand aus.
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Der
Widerstand wird vorzugsweise durch Laserbearbeitung angepasst, die
während der Zusammenstellung oder nach dem Zusammenstellen
durch das transparente Substrat 11 erfolgen kann. Alternativ
kann jede LED auf ihrem Weg zum Array getestet und für
das jeweilige Siebdruckmuster für Region 13 vorausgewählt
werden.
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5 zeigt
ein Array aus LEDs, wobei jede LED einen Serienwiderstand aufweist,
gemäß der Erfindung. Es wird angenommen, dass
LEDs nicht durch Kurzschlüsse ausfallen, sondern indem
sie zu offenen Schaltungen werden. Wenn ein Array von einer konstanten
Stromquelle angetrieben wird, und eine Diode ausfällt,
leiten die verbleibenden Dioden in derselben Reihe einen geringfügig
größeren Strom, doch ist diese Veränderung
wesentlich geringer als ohne individuelle Serienwiderstände.
Wenn ein Array von einer konstanten Spannungsquelle angetrieben
wird, senkt der Ausfall einer einzelnen LED den Strom in den anderen
Reihen geringfügig, doch ist diese Veränderung
wesentlich geringer als ohne individuelle Serienwiderstände.
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6 zeigt
im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das
gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist. 6 unterscheidet
sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1,
dass eine hintere Elektrode 60 eine Kunststofffolie 61 aufweist,
die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine
ITO-Schicht 62, die vorzugsweise auf die Folie 61 aufgestäubt
wird. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise
wie die Ausführungsform aus 1, mit der
Ausnahme, dass die LED 65 auch so angeordnet werden kann,
dass sie gemäß ihrer Ausrichtung in der Figur
vor allem nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
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7 zeigt
im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das
gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist. 7 unterscheidet
sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1,
dass die hintere Elektrode 70 eine Kunststofffolie 71 aufweist,
die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine
durch Siebdruck aufgebrachte, leitfähige Schicht 72.
Die Schicht 72 ist vorzugsweise strukturiert und weist
Silberstromschienen auf. Diese Ausführungsform arbeitet
in derselben Weise wie die Ausführungsform aus 1,
mit der Ausnahme, dass die LED 75 auch so angeordnet sein
kann, dass sie gemäß ihrer Ausrichtung in der
Figur vor allem nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
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8 zeigt
im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das
gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist. 8 unterscheidet
sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1,
dass die hintere Elektrode 80 eine Kunststofffolie 81 aufweist,
die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine
Schicht aus nadelkristallförmigem ITO 82. Die Schicht 82 ist
vorzugsweise strukturiert, um den Tintenverbrauch zu senken und
Kosten einzusparen. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben
Weise wie die Ausführungsform aus 1, mit der
Ausnahme, dass die LED 85 auch so angeordnet sein kann, dass
sie gemäß ihrer Ausrichtung in der Figur vor allem
nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
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9 zeigt
im Querschnitt ein einzelnes Element eines Arrays aus LEDs, das
gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung aufgebaut
ist. 9 unterscheidet sich insbesondere dadurch von
der Ausführungsform aus 1, dass
das Substrat 91 abgelöst wird, und die hintere
Elektrode 93 zur strukturellen Abstützung zurücklässt.
Zum leichteren Abtrennen kann eine Ablöseschicht (nicht
dargestellt) hinzugefügt werden. Die hintere Elektrode 93 ist
ein leitfähiges Blech, z. B. aus Kupfer oder Aluminium,
wie oben beschrieben, oder eine flexible Schaltung, oder ein anderes
Material mit einer zum Tragen des Arrays ausreichenden Formbeständigkeit.
Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die
Ausführungsform aus 1. Dieser
Aspekt der Erfindung lässt sich mit jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen
kombinieren.
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Die
Erfindung stellt auf diese Weise ein Array aus LEDs bereit, bei
dem jede LED individuell mit einem Ballastwiderstand versehen werden
kann, der in jede LED integriert ist, so dass ein Array bereitgestellt wird,
bei dem der Ausfall einer LED im Wesentlichen keine Auswirkung auf
die Leuchtstärke der anderen LEDs im Array hat. Die individuellen
Ballastwiderstände können angepasst werden, um
einen gleichförmigeren Strom und eine gleichförmigere
Leuchtstärke bereitzustellen. Das Array ist weniger teuer
in der Herstellung als Arrays des Stands der Technik, und die Zuverlässigkeit
der Kontakte zu einer LED ist verbessert. Das Abstrahlen von Licht
wird durch Streuen in einer transparenten Elektrodenschicht gleichförmiger
gestaltet, wodurch die Notwendigkeit einer separaten Streuschicht
entfällt. Bei einer Beleuchtung leuchten die LEDs im Wesentlichen
gleichförmig, und zwar entweder gleichzeitig oder in Untergruppen
des Arrays.
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Anhand
der oben stehenden Beschreibung der Erfindung wird es für
Fachleute auf der Hand liegen, dass verschiedene Modifikationen
daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen. Beispielsweise kann die Stromschiene 12 nicht
vor, sondern nach der Region aus nadelkristallförmigem
ITO 13 gedruckt werden, d. h. auf diese Region. Die hintere
Elektrode 16 kann aus jedem beliebigen hoch leitfähigen
Material bestehen. Aluminium wird bevorzugt, da es am kostengünstigsten
ist. 5 zeigt ein Array, bei dem die LEDs gleichzeitig
leuchten. Schalter (nicht dargestellt) können hinzugefügt
werden, um ein Leuchten in jedem gewünschten Muster bereitzustellen.
Durch Ansteuern einzelner LEDs liegen die LEDs in elektrischer Hinsicht
alle parallel in einer langen Reihe (oder Spalte), obwohl sie in
Reihen und Spalten angeordnet zu sein scheinen. Bei einer parallelen Schaltung
hat der Ausfall einer LED keine Auswirkung auf die übrigen,
wenn eine konstante Spannung zugeführt wird. Zum Anpassen
des Widerstands können Schleifen oder Ätzen benutzt
werden. Obwohl durch beide Verfahren eine dreidimensionale Veränderung
der Geometrie möglich ist, indem sowohl Dicke als auch
Form angepasst werden, ist keines der beiden Verfahren so präzise
wie die Abtragung mit einem Laser. Obwohl nadelkristallförmiges
ITO das bevorzugte Material ist, können stattdessen auch
andere faserige oder whiskerartige Materialien mit einem ähnlichen
Widerstand benutzt werden. Beispielsweise können Kohlenstoffnanoröhren
benutzt werden, wenn ihre Lichtabsorptionseigenschaften tolerierbar sind.
Zu anderen leitfähigen Whisker-Materialien zählen
ZnO-basierte Zusammensetzungen, z. B. ZnO:Al oder ZnO:Ga.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einem Array aus LEDs, gekoppelt zwischen einem transparenten Substrat
(11) und einer Elektrode (16) gekoppelt steht
eine Licht abstrahlende Fläche jeder LED (14)
in elektrischem Kontakt mit einer Region (13) aus nadelkristallförmigem
ITO. Durch Herstellung eines Kontakts zu der Licht abstrahlenden
Fläche des Rohchips stellt das nadelkristallförmige
ITO auch eine Lichtstreuung bereit. Die Kontaktregionen sind miteinander
verbunden (12), und bilden so das Array. Das nadelkristallförmige
ITO dient als ein Ballastwiderstand für jeden Rohchip,
und der Widerstand kann so angepasst werden, dass zwischen den LEDs
ein gleichförmigerer Strom fließt. Da jede LED
einen eigenen Ballast aufweist, können die LEDs in einem
Array in jedem beliebigen Muster oder gleichzeitig mit einer gleichmäßigen Leuchtstärke
angesteuert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4047075 [0010]
- - US 4335501 [0010]
- - US 5580496 [0015]
- - US 5820843 [0015]
- - US 5833941 [0015]
- - US 5849221 [0015]