DE3117923A1 - Leuchtdiodenanordnung - Google Patents

Leuchtdiodenanordnung

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Description

: LEiNWEBER &
ZIMMERMANN PATENTANWÄLTE
Dipl.-Ing. H. Leinweber Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky
Rosental 7 · D-8000 München 2
2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr.-Adr. Leinpat München
den 6. Mai 1981
Unser Zeichen ZKITC
B-595
Pitney Bowes, Inc. Stamford, Connecticut 06926 U.S.A. Leuchtdiodenanordnung
Leuchtdioden oder lichtemittierende Dioden (LED'S) besitzen eine Vielzahl von Verwendungen, darunter auch die Anwendung von Licht in der Druckereiindustrie. Beispielsweise können LED's in Verbindung mit xerographischen Kopierern, fotografischem Film und dergleichen zum Zwecke der Aufzeichnung eines Bildes einer elektronisch übertragenen Nachricht verwendet werden. Die Verwendung von LED's für diesen Zweck weist bestimmte Nachteile auf. In erster Linie ist bei derartigen Anwendungen für Druckzwecke eine hohe Lichtdichte erforderlich, um einen guten Kontrast und eine hohe Auflösung zu erhalten, wogegen jedoch die Lichtausbeute einzelner LED' s nicht groß ist. Demzufolge muß eine große Anzahl von LED's in einem kleinen Bereich angeordnet werden, um die erforderliche hohe Lichtdichte zu liefern. Dies hat sich wegen der durch die in diesem Zusammenhang eine Rolle spielende Kristallstruktur auferlegten Größenbeschränkungen als schwer erreichbar erwiesen. Insbesondere besteht ein hauptsächlicher Nachteil bei der Verwendung von LED's
darin, daß die Länge der Monolithe/ aus denen die LED's hergestellt sind, begrenzt ist. Dies ist deshalb der Fall, weil die LED1S auf eine monokristalline Form aufweisenden Monolithen ausgebildet sind. Wegen der zur Bildung des monokristallinen Materials erforderlichen Verfahren ist der Größe der herstellbaren Monolithe eine Begrenzung auferlegt. Durch die gegenwärtigen Herstellungstechniken kann eine monokristalline Perle von 3 Inc. Durchmesser hergestellt werden,wodurch die Länge eines Monolithen auf ungefähr 3 Inc. beschränkt ist. Die gebräuchlichsten kommerziell verwendeten kristallinen Perlen für die LED-Herstellung sind nur etwas größer als 1 Inc. im Durchmesser, wodurch die Länge sogar noch stärker eingeschränkt wird. Viele Techniken sind in Anstrengungen zur Überwindung dieser Nachteile eingesetzt worden, jedoch hat sich bis heute keine als völlig zufriedenstellend erwiesen.
Eine weitere Schwierigkeit, die mit der Verwendung von LED's in der Druckereiindustrie verbunden ist, besteht in ihrer zerbrechlichen Natur, insbesondere der elektrischen Verbindungen für derartige LED's. Um sicherzustellen, daß die zu der empfangenden Fläche ausgesendete Lichtmenge groß ist, sind die LED's so nahe wie möglich an der Oberfläche in Lage gebracht. Hierdurch ist die Möglichkeit einer Beschädigung der LED's wegen ihrer Bewegung relativ zu der empfangenden Oberfläche erhöht.
Es wurde gefunden, daß eine eine hohe Lichtdichte aufweisende LED-Anordnung erhalten werden kann, indem die LED's innerhalb eines Monolithen derart in Reihen ausgebildet werden, daß die einzelnen LED's der einen Reihe relativ zu den LED's der anderen Reihe seitlich versetzt sind. Zusätzlich weisen die Monolithe, auf denen die Anordnung hergestellt ist, unter einem derartigen Winkel geschnittene Enden auf und sind derart, zusammengesetzt, daß die Einheiten zur Bildung einer erforderlichen Länge zusammengefügt werden können, wodurch ein ein-
ziger miteinander in Berührung stehender Satz von Zentren erreicht wird. Zusätzlich ist eine tfaseroptikabdeckung über der freien Oberfläche der LED's angebracht, um Licht säulenartig von der LED zu der das Licht empfangenden Oberfläche zu übertragen und die LED's vor Beschädigungen durch eine unbeabsichtigte Berührung mit der das Licht empfangenden Oberfläche zu schützen. Ein einen verhältnismäßig hohen Brechungsindex aufweisendes Gel ist zwischen den LED's und der Faseroptikabdeckung angeordnet, um der Wirkung des Divergenzwinkels des von den LED's emitierten Lichtes zu begegnen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der.Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenene Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt:
Fig. 1 Teile eines Paares benachbarter, erfindungsgemäße Merkmale aufweisender Monolithe,
Fig. 2 eine teilweise Querschnittsansicht einer Merkmale der Erfindung aufweisenden LED-Anordnung, wobei die Anordnung auf eine empfangende Oberfläche gerichtet dargestellt ist, und
Fig. 3 einen Teil einer zur Erregung der LED's der
in Fig. 1 dargestellten Anordnung erforderlichen Schaltungsanordnung.
In Fig. 1 und 2 ist eine Anordnung von darauf befindliche LED's aufweisenden Monolithen allaemp-in bei 10 in einem Abst-anr! in Bezug auf eine Oberfläche 12, wie ein fotoleitendes Band oder eine Trommel aus Zinkoxid, Selen, Cadmiumsulfid oder dergleichen dargestellt. Die Anordnuna 10 weist ein aus einem dielektrischen Material wie Aluminiumoxid (Al3O3) bestehendes Substrat 14 auf, auf dessen Oberfläche bereichsweise ein leitfähiges Material 15 aufgebracht ist. Eine Anzahl von n-Typ-Monolithen 16 ist auf dem leitfähigen Material 15 durch einen Klebstoff 17, wie Silberepoxy, festgelegt. Die Monolithe 16 sind aus einem Material wie Galliumarsenid hergestellt und weisen eine Anzahl von dotierten Plätzen auf· um Stellen 18 vom P-Typ zu erzeugen, die in Verbindung mit dem Monolith Leuchtdioden (LED's) begrenzen. Die Dotierung ist auf eine solche Weise ausgeführt, daß die Stellen 18 vom P-Typ der LED's längs zwei Reihen angeordnet sind, deren jede zu der Längskante eines Monolith 16 benachbart ist. Die LED-Stellen 18 der einen Reihe sind seitlich relativ zu den LED's der gegenüber lieaenden Reihe versetzt, wie es ans Fig. 1 ersichtlich ist. Wenngleich die LED-Stellen als kreisförmin- dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, daß nicht kreisförmige Stellen, wie elliptische, für solche Anlässe geformt werden können, bei denen eine nicht quadratische Auflösung erforderlich ist. Bei der Erfindung würde eine Länae von einem Inch (2,54 cm) acht Monolithe 16 aufweisen, wobei auf jedem Monolith zweiunddreißig LED-Stellen gelegen sind. Die Monolithe 16 werden an ihren Enden aneinandergefügt, um die erforderliche Länge der Anordnung 10 zu bilden. Wenn beispielsweise eine Anordnung von acht Inch (8 χ 2,54 cm) erforderlich ist, werden vierundsechzig Monolithe kettenartig Ende an Ende zusammengesetzt, um 2048 LED-Stellen 18 zu schaffen.
Auf den Monolith 16 ist an dem Ort jeder der LED-Stellen 18 eine metallische Beschichtung 20 aufgebracht, wobei ein offener Bereich in jeder Beschichtung ausgebildet ist, um eine
Exposition der LED's zu ermöglichen. Ein Leiter 22 bildet eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Material und den metallischen Beschichtungen 20, um die Zuführung von Energie zu jedem der LED's zu ermöcrlichen. Die Leiter 22 können mit dem leitfähigen Material 15 und den metallischen Beschichtunaen 20 entweder ver]ötet oder epoxyverklebt sein. Eine Faseroptikabdeckuna 24 ist über die Länge der Monolithe 16 zwischen den Monolithen und der fotoleitenden Oberfläche 12 angeordnet. Die ^aseroptikabdeckung 24 weist vorspringende Bereiche 25 auf, die sich über die Länge der Abdeckung erstrecken und über den Stellen in Lage gebracht sind, an denen die Leiter 22 mit den metallischen Beschichtungen 20 verbunden sind. Die Faseroptikabdeckung 24 kann sowohl aus Glas als auch aus Methylmethacrylat hergestellt sein. Ein Gel 28, das einen Brechunasindex größer als eins aufweist, ist zwischen die LED's 18 und die Faseroptikabdeckung 24 eingebracht. Vorzugsweise ist das Gel durch Polydimethylsiloxan gebildet, das einen Brechunasindex von 1,465 aufweist.
Die Anordnungen 10 sind aus einer Anzahl von Monolithen 16 aufgebaut, deren jeder an seinen beiden Enden 26 einen diagonalen Zuschnitt aufweist. Die diagonalen Enden 26 bilden einen Winkel in Bezug auf die Längsseiten der Monolithe 16, wobei der bevorzugte Winkel unaefähr 60° beträgt.
Der Vorteil des in Fig. 1 daraestelIten Aufbaus besteht darin, daß eine hohe Lichtdichte erhalten wird, indem die LED's 18 der einen Reihe in einer versetzten Beziehung zu den LED's der benachbarten Reihe in Lage gebracht sind. Genauer ausaedrückt erstrecken sich die beiden Reihen von LED's 18 in der Längsrichtung , wobei die LED's der einen Reihe in Bezug auf die TiED's der anderen Reihe seitlich versetzt sind. Die versetzte Anordnung erscheint für die Oberfläche 12 als eine einzige zusammenhängende Lichtlinie. Das versetzte Feld der
LED's ist an den Enden 26 des Monolith 16 aufrechterhalten, so daß ein zusainmenhänqender Satz von Zentren erhalten ist. Im einzelnen weist eine Kristallperle, nachdem sie gezüchtet worden ist, eine zylindrische Gestalt auf. Sie wird dann in eine Anzahl von dünnen Plättchen, die die Form von dünnen Scheiben aufweisen, zerschnitten. Als nächstes werden die Stellen 18 dotiert, um den P-Typ-Ubergang herzustellen und es wird die metallische Beschichtung 20 über die LED's gelegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Scheiben werden sodann mittels einer Säge, die typischerweise einen Schnitt von dreitausendstel Inch (dreitausendstel von 2,54 cm) hervorruft, in Monolithe zerschnitten. Durch den diagonalen Schnitt wird keine der Stellen 18 beschädiqt und der Monolith 16 kann zusammengesetzt werden, um das Aussehen einer kontinuierlichen Anordnung zu ergeben, die eine gleichförmige Verteilung von LED's längs ihrer gesamten Länge aufweist. Wenngleich nur zwei Reihen von LED's 18 dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, daß eine größere Anzahl von Reihen vorgesehen sein kann. Eine andere Art der Herstellung des diagonalen Schnittes besteht darin, die Monolithe durch Laserschnitt zu schneiden. Indem ein Laser mit einem durch einen Mikroprozessor gesteuerten Schrittmotor angetrieben wird, wird eine Vielzahl von Stufen ausgebildet, die mit einer Vielzahl von Stufen auf einem benachbarten Monolithen zusammenpassen. Die Monolithe werden sodann wie vorher beschrieben zusammengefügt.
Der durch die Verwendung der Faseroptikabdeckung 24 auf der Vorderseite der LED's 18 erreichte Vorteil besteht darin, daß auf die Oberfläche 12 säulenförmig gebündeltes Licht übertragen wird. Eine Lichtquelle, wie ein LED, hat die Neigung, infolae des Lichtdurchganges durch Luft einen divergenten Lichtkegel zu bilden. Durch die Verwendung der Faseroptikabdeckung 24 und eines Gels 28, dessen Brechungsindex größer ist als der von Luft, wurde aefunden, daß die Lichtbündelungseigenschaften erhöht werden und der vorerwähnte Lichtverlust vermindert wird. Außerdem gibt die Faseroptikabdeckung 24
den LED's, die ziemlich zerbrechlich sind, insbesondere an der Verbindungsnaht mit den Leitern 22 einen gewissen Grad von Schutz. Dies ist besonders wesentlich, da die LED's nahe an der empfangenden Oberfläche 12 angebracht werden müssen, um die Auflösuna zu erhöhen.
In Fig. 3 ist ein Teil eines Schaltkreises dargestellt, der dazu verwendet wird, die Eingänge für die LED's 18 selektiv zu steuern. Ein Satz von Anodenschienen oder Sammelschienen ist zusammen mit den einzelnen Leitern oder Bändern 22 dargestellt, die eine Verbindung zwischen den Sammelschienen und den LED 's 18 herstellen, wobei eine Sammelschiene für jede LED in einem Monolith vorgesehen ist. Ferner ist ein Satz von Kathodenschienen oder Sammelschienen 32 vorgesehen, wobei jede Sammelschiene 32 zu allen LED's 18 eines gegebenen Monolith 16 parallelqeschaltet ist. Geeianete, nicht näher dargestellte Steuerschaltungen können dazu verwendet werden, die LED-Stellen 18 selektiv zu erregen.
BezugsZeichenaufstellung
1O Anordnung
12 Oberfläche
14 Substrat
15 leitfähiges Material
16 Monolith
17 Klebstoff
18 Stellen vom P-Typ 20 Beschichtung
22 Leiter
24 Faseroptikabdeckung
25 vorspringende Bereiche
26 Enden 28 Gel
30 Anodenschienen oder Sammelschienen
32 Kathodenschienen oder Sammelschienen

Claims (4)

Patentansprüche
1. Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von sich allgemein in einer Längsrichtung erstreckenden, als Kette aneinandergehängten Monolithen(16),deren jeder einander in der Längsrichtung gegenüberstehende Enden (26) aufweist, die relativ zu der Seitenkante des Monolith (16) einen Winkel bilden, wobei die Monolithe (16) zwei Reihen von sich darauf in der Längsrichtung erstreckenden, in der Querrichtung einander gegenüberstehenden LED-Stellen (18) aufweisen und die LED-Stellen (18) der einen Reihe relativ zu den LED-Stellen (18) der anderen Reihe seitlich derart versetzt sind, daß die Monolithe (16) nach ihrem Zusammenbau einen zusammenhängenden Satz von aneinander angrenzenden Zentren von LED-Stellen (18) bilden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Monolithe (16) eine relativ zu den LED-Stellen (18) beabstandete Faseroptikabdeckug (24) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den LED-Stellen (18) und der Faseroptikabdeckuncr (24) ein einen Brechungsindex größer als eins aufweisendes Gel (28) angebracht ist.
4. In einer Längsrichtung erstreckte Anordnung von Leuchtdioden, gekennzeichnet durch zwei Reihen von sich in der Längsrichtung auf gegenüberliegenden seitlichen Bereichen der Anordnung (10) erstreckenden LED-Stellen (18), wobei die LED-Stellen (18) der einen Reihe relativ zu den LED-Stellen (18) der anderen Reihe seitlich versetzt sind, eine relativ zu den LED-Stellen (18) beabstandete Faseroptikabdeckung (24) und ein einen Brechungsindex größer als eins aufweisendes Gel (28) , das zwischen den LED-Stellen (18) und der Faseroptikabdeckung (24) angebracht ist.
DE19813117923 1980-06-25 1981-05-06 Leuchtdiodenanordnung Granted DE3117923A1 (de)

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