WO2002077689A1 - Light emitting diode, method for production and use thereof - Google Patents

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WO2002077689A1 PCT/EP2002/003351 EP0203351W WO02077689A1 WO 2002077689 A1 WO2002077689 A1 WO 2002077689A1 EP 0203351 W EP0203351 W EP 0203351W WO 02077689 A1 WO02077689 A1 WO 02077689A1
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Definitions

  • the optical spacer plate which can also be made of plastic, then serves as the carrier plate for the individual diodes.
  • a projection surface can be produced by any number of triple points arranged in a row. It is advisable to arrange one or more concave microlenses over each triple point so that the viewer has ideal illumination of the image pixels of the projection surface from all directions.
  • FIGS. 4-6 each show a schematic illustration of the three basic assemblies in two views.
  • the cuboid has the edge length 2a and the overall height a.
  • the overall height a depends on the respective chip structure and is usually 210 - 250 ⁇ m.
  • the cascadable ceiling assembly 30 for the square base 3 of the diode chip 1 is shown.
  • Each square surface 35 serves to cover a diode chip.
  • a rectangular, transparent centering and fastening web 36 is attached to each of the four sides.
  • the entire group is covered with a thin, conductive ITO layer 34.
  • the ITO layer is coated in a separate process step after the injection molding.
  • locations 33, 34 there are thin predetermined breaking points which are created by mechanical separation of the thin ITO layers. At these points, the individual elements of the assembly can be separated as required.
  • the bottom assembly 40 is shown. It is manufactured in three process steps. First, the floor assembly is produced in analogy to Fig. 4.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of the wiring of the individual diodes 72-76 through the conductor track 71.
  • the merged Modules 30, 40, 50 are represented here by the number 70.
  • the diodes 72 and 76 are connected in parallel, the diodes 73-75 are wired in a series connection.

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Abstract

According to the invention, an optimal emission from a diode chip (1) may be achieved, whereby a number of microcondenser lenses (2) are arranged on each of the six rectangular base surfaces (3, 4, 5, 6, 7, 8) of the diode chip (1). Any number of diode chips (1) can be cascaded by means of just three base components (30, 40, 50). Soldering of the diodes can be avoided by means of conducting plastic, such that said components permit high-performance lighting applications, such as for example, car headlights or projection surfaces, to be produced in an economical and energy-saving manner.

Description

Leuchtdiode mit Herstellungsverfahren und AnwendungenLED with manufacturing process and applications
Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiode, die aus einem Leuchtdiodenchip und Mikrolinsen bzw. Linsensystemen besteht.The invention relates to a light-emitting diode which consists of a light-emitting diode chip and microlenses or lens systems.
Leuchtdiodenchips und Mikrolinsen sind dem Fachmann seit langem bekannt. Des weiteren sind Leuchtdioden bekannt, die aus einem Leuchtdiodenchip, einem Reflektor sowie einer übergeordneten Linse aufgebaut sind.Light-emitting diode chips and microlenses have long been known to the person skilled in the art. Furthermore, light-emitting diodes are known which are constructed from a light-emitting diode chip, a reflector and a superordinate lens.
In den Patentschriften DE 35 32 821 , DE 3138 687, DE 26 34 264 und der Patentschrift DE 32 32 526 sind solche Leuchtdioden beschrieben. Alle haben das Ziel, den kugelförmigen Strahleneingang des Diodenchips zu fokussieren und in eine definierte Richtung zu lenken. Dieses gelingt auf Grund des relativ großen Strahlkörpers (Leuchtdiodenchip) und der jeweils zugeordneten Linsen, bzw. des Reflexionsbereiches nur bedingt.Such light-emitting diodes are described in the patents DE 35 32 821, DE 3138 687, DE 26 34 264 and the patent DE 32 32 526. All of them aim to focus the spherical beam input of the diode chip and to direct it in a defined direction. This is only possible to a limited extent due to the relatively large beam body (light-emitting diode chip) and the respectively assigned lenses or the reflection area.
Ein weiteres Problem bei der Herstellung der Dioden besteht darin, dass die einzelnen Diodenchips zunächst einmal gebondet und dann in den Reflektor eingesetzt werden. Bei den einzelnen Verfahrensschritten, vor allem bei der Verdrahtung, gibt es sehr viele nur teilautomatisierbare und damit kostenintensiveAnother problem with the manufacture of the diodes is that the individual diode chips are first bonded and then inserted into the reflector. In the individual process steps, especially in the wiring, there are very many that can only be partially automated and are therefore cost-intensive
Verfahrensschritte. In diesem Standardverfahren werden nur einzelne Dioden hergestellt, die dann später sehr aufwendig zu Diodenreihen oder -gruppen zusammengefügt werden, um dann Beleuchtungsaufgaben bzw. Projektionen zu realisieren.Process steps. In this standard process, only individual diodes are produced, which are then later combined into diode rows or groups in a very complex manner in order to then implement lighting tasks or projections.
Ziel der Erfindung ist es, den kugelförmigen Strahlengang der sechs Grundflächen des Leuchtdiodenchips so zu optimieren, dass möglichst viel der Strahlung in eine definierte Richtung geleitet wird, dass die Montage der einzelnen elektrischen sowie optischen Bauelemente mit möglichst geringem Aufwand hergestellt wird, und dass die einzelnen Dioden direkt zu Diodenleuchtreihen und/oder Diodenleuchtgruppen zusammengefügt werden.The aim of the invention is to optimize the spherical beam path of the six base areas of the light-emitting diode chip in such a way that as much of the radiation as possible is directed in a defined direction, that the assembly of the individual electrical and optical components is produced with as little effort as possible, and that the individual Diodes can be combined directly into diode light series and / or diode light groups.
Die Erfindung wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 für jede Leuchtdiode erfüllt, die Verfahrensansprüche geben eine optimierte Herstellung von einzelnen Dioden und Diodengruppierungen an, die in den Anwendungen in einfachster Bauweise zu Produkten der Beleuchtungs- und Projektionstechnik führen. Dabei wird nachfolgend unter Leuchtdiode auch eine organische Leuchtdiode verstanden.The invention is fulfilled with the feature of claim 1 for each light-emitting diode, the process claims indicate an optimized production of individual diodes and diode groups, which in the applications in the simplest design Lead products of lighting and projection technology. In the following, light-emitting diode is also understood to mean an organic light-emitting diode.
Ausgehend von dem zentralen Gedanken, den kugelförmigen Strahlengang direkt an der Quelle zu linearisieren und eine optisch hochwertige Strahlung zu erzeugen, wird unmittelbar über den sechs Grundflächen des Leuchtdiodenchips eine Vielzahl von Mikrokondensorlinsen angeordnet. Die plankonvexen Linsen sind mit dem zweifachen Abstand ihres Radius über der Oberfläche des Leuchtdiodenchips in dichtester Packungsanordnung positioniert. Dieses kann in einfachster Weise durch eine plane, optisch transparente Platte geschehen, die sich zwischen Chipoberfläche und Linse befindet. Es kann natürlich auch ein anderer Abstand gewählt werden. Der zweifache Radiusabstand ist in sofern der ideale Abstand, weil bei einer plankonvexen Linse die Brennweite hierdurch definiert wird. Bei Linsensystemen kann sich der Abstand bedingt durch die optische Aufgabe, die man erfüllen will, dementsprechend ändern. Allgemein gelten für Mikrolinsen die gleichen physikalischen Grundlagen wie bei konventionellen Linsen.Based on the central idea of linearizing the spherical beam path directly at the source and generating optically high-quality radiation, a large number of microcondenser lenses are arranged directly over the six base areas of the LED chip. The plano-convex lenses are positioned at twice the distance of their radius above the surface of the LED chip in the closest packing arrangement. This can be done in the simplest way by means of a flat, optically transparent plate which is located between the chip surface and the lens. A different distance can of course also be selected. Twice the radius distance is the ideal distance because the focal length is defined for a plano-convex lens. With lens systems, the distance can change accordingly due to the optical task that you want to perform. In general, the same physical principles apply to microlenses as to conventional lenses.
Um den Aufwand der Positionierung der einzelnen Linsen zu verringern, ist es sinnvoll, die Mikrolinsen der einzelnen sechs Grundflächen des Diodenchips aus Kunststoff herzustellen. Die optische Distanzplatte, die ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann, dient dann als Trägerplatte der einzelnen Dioden.In order to reduce the effort involved in positioning the individual lenses, it makes sense to produce the microlenses of the six individual base areas of the diode chip from plastic. The optical spacer plate, which can also be made of plastic, then serves as the carrier plate for the individual diodes.
Der quaderartige Diodenchip ist in der Regel so aufgebaut, dass sich an jeweils zwei Grundflächen, die sich gegenüber liegen, die Stromaufnahme für den Plus- und Minuspol vorgesehen ist. Es liegt nahe, dass man die Linsengruppen über diesenThe cuboid-type diode chip is generally constructed in such a way that the current consumption for the positive and negative poles is provided on two base areas that lie opposite one another. It stands to reason that you put the lens groups over this
Flächen elektrisch leitfähig gestaltet, um über diese Elemente die Kontaktierung des Diodenchips auszuführen. Das aufwendige Bonden mit den Standarddioden fällt somit weg. Die Abmaße des Leuchtdiodenquaders können beliebig gewählt werden, mit Ausnahme der Höhe. Um eine optimale Ausnutzung der parallelisierten Strahlung der sechs Grundflächen zu realisieren, ist es sinnvoll die zwei Kantenlängen des Quaders gleich der doppelten Höhe des Quaders zu wählen. Somit ist es möglich, die parallelisierte Strahlung der einzelnen Grundflächen, durch jeweils eine ihr zugeordnete Reflexionsfläche, in nur eine Projektionsebene zu leiten. Die Rechteckflächen der vier Seiten des Quaders werden hierbei mit nur einer Reflexionsf lache, die idealerweise mit 45° zu der jeweiligen Fläche geneigt ist, umgeleitet. Die quadratische Bodenfläche wird in vier symmetrisch angeordnete, ebenfalls quadratische Flächen aufgeteilt. Diese Fläche ist jeweils einer parallelogrammartigen Doppelreflexionsfläche zugeordnet, die den parallelisierten Strahlengang um 180° umlenkt. Auf diese Weise entsteht eine symmetrisch ausgeleuchtete Grundfläche mit der vierfachen Kantenlänge der Höhe des Diodenchips. Die Oberflächen der Reflexionsflächen können mit Aluminium bedampft sein, oder sie bestehen aus optischen Materialien, die einen Brechungsindex besitzen, der größer als 1 ,42 ist, damit die parallelisierte Strahlung gegenüber Luft als dünneres Medium total reflektiert wird.Surfaces designed to be electrically conductive in order to make contacting of the diode chip via these elements. The time-consuming bonding with the standard diodes is therefore no longer necessary. The dimensions of the light-emitting diode cuboid can be chosen arbitrarily, with the exception of the height. In order to optimally utilize the parallelized radiation from the six base areas, it makes sense to choose the two edge lengths of the cuboid equal to twice the height of the cuboid. It is thus possible to direct the parallelized radiation of the individual base areas through only one reflection surface assigned to them into only one projection plane. The rectangular areas of the four sides of the cuboid are only one Reflection area, which is ideally inclined at 45 ° to the respective surface, redirected. The square floor area is divided into four symmetrically arranged, also square areas. This area is assigned to a parallelogram-like double reflection area, which deflects the parallelized beam path by 180 °. In this way, a symmetrically illuminated base area is created with four times the edge length of the height of the diode chip. The surfaces of the reflecting surfaces can be vapor-coated with aluminum, or they consist of optical materials that have a refractive index that is greater than 1.42 so that the parallelized radiation is totally reflected against air as a thinner medium.
Besonders vorteilhaft kann es sein wenn jeder Mikrolinse eine einzelne Reflexionsfläche zugeordnet ist, die diesen Teilbereich der Strahlung des Diodenchips auf einen definierten Bereich einer im Raum angeordneten Projektionsfläche, z. B. einen Punkt oder eine Linie, abbildet.It can be particularly advantageous if each microlens is assigned an individual reflection surface which directs this partial region of the radiation from the diode chip onto a defined region of a projection surface arranged in space, e.g. B. depicts a point or a line.
Zur einfachen Herstellung einer Vielzahl von den erfinderischen Dioden ist es verfahrenstechnisch sinnvoll, signifikante, kaskadierbare Baugruppen der Einzelkomponenten der Dioden zu bilden. Mit nur drei verschiedenen Baugruppen, die alle mittels eines Mikrospritzprozesses hergestellt werden, ist dies möglich.For the simple manufacture of a large number of the diodes according to the invention, it makes sense in terms of process engineering to form significant, cascadable assemblies of the individual components of the diodes. This is possible with just three different assemblies, all of which are manufactured using a micro-injection process.
Nach dem Mikrospritzen werden die einzelnen Baugruppen in einem weiteren Verfahrensschritt mit elektrisch leitenden und optisch transparenten ITO-Schichten, bzw. lichtreflektierenden Aluminiumschichten bespattert. Anschließend werden die Diodenchips mittels eines Handlingsystems einzeln oder als Gruppe in die erstenAfter the micro-spraying, the individual assemblies are sputtered in a further process step with electrically conductive and optically transparent ITO layers or light-reflecting aluminum layers. The diode chips are then placed individually or as a group in the first using a handling system
Baugruppen eingesetzt. Zuletzt werden die drei Baugruppen, die über geeignete Positionier- und Zentrierbereiche verfügen, ineinander gefügt. Sie werden entweder miteinander verklebt oder verfügen über mechanische Mikroschnappverschlüsse, die beim Ineinanderfügen zusammenrasten. Über Sollbruchstellen können die einzelnen Dioden entweder einzeln oder zu Gruppen separiert werden.Assemblies used. Finally, the three modules, which have suitable positioning and centering areas, are joined together. They are either glued together or have mechanical micro snap locks that snap together when they are inserted into one another. The individual diodes can be separated either individually or in groups via predetermined breaking points.
Zwischen den einzelnen Sollbruchstellen der Dioden können beliebig breite, elastische Stege angeordnet sein, damit eine Baugruppenreihe auf einen beliebigen, dreidimensionalen Grundkörper aufgebracht werden kann, so dass sich die einzelnen Dioden automatisch einer, durch den dreidimensionalen Körper vorgegebenen definierten Beleuchtungsaufgabe ausrichten.Any width, elastic webs can be arranged between the individual predetermined breaking points of the diodes, so that a row of modules can be applied to any three-dimensional base body, so that the automatically align individual diodes with a defined lighting task specified by the three-dimensional body.
Um die Verdrahtung der einzelnen Dioden zu vereinfachen sollte unterhalb der Diodenbaugruppe eine dreidimensionale Leiterbahn angeordnet werden, die die einzelnen Dioden in Reihen-, Parallel- oder Einzelschaltung mit Strom versorgt.In order to simplify the wiring of the individual diodes, a three-dimensional conductor track should be arranged below the diode assembly, which supplies the individual diodes with current in series, parallel or individual connection.
Auf diese Art hergestellte Dioden bzw. Diodengruppen können beliebige Flächen in beliebiger Entfernung ausleuchten. Als Ersatz für weiß leuchtende Glühbirnen oder Neonleuchten bietet es sich an, die Dioden zu einer Dreiergruppe mit jeweils einer roten, blauen und grünen Diode als einen weißleuchtenden Triplepunkt in engster Packungsdichte, mit den oben erwähnten erfinderischen Möglichkeiten zusammenzufügen. Werden die Gruppen in Sechseckform ausgeführt, können beliebig viele Teilgruppen, die aus einer Vielzahl von einzelnen Triplepunkten bestehen, kaskadiert werden.Diodes or diode groups manufactured in this way can illuminate any surface at any distance. As a replacement for white light bulbs or neon lights, it makes sense to combine the diodes into a group of three, each with a red, blue and green diode as a white light triple point in the closest packing density, with the inventive possibilities mentioned above. If the groups are executed in a hexagon shape, any number of subgroups consisting of a large number of individual triple points can be cascaded.
Wird jede einzelne Diode eines Triplepunktes einzeln angesteuert, kann durch beliebig viele, aneinander gereihte Triplepunkte eine Projektionsfläche hergestellt werden. Hierbei bietet es sich an, über jeden Triplepunkt eine oder mehrere konkav ausgebildete Mikrolinsen anzuordnen, damit der Betrachter aus allen Richtungen eine ideale Ausleuchtung der Bildpixel der Projektionsfläche hat.If each individual diode of a triple point is controlled individually, a projection surface can be produced by any number of triple points arranged in a row. It is advisable to arrange one or more concave microlenses over each triple point so that the viewer has ideal illumination of the image pixels of the projection surface from all directions.
Ordnet man jedem Projektionstripelpunkt einen Lichtempfänger zu, so kann durch Berühren der Projektionsfläche mit einem Gegenstand oder einem Finger das rückreflektierte Licht gemessen werden und zur Signalverarbeitung in Analogie eines Touch-Monitors genutzt werden. Natürlich funktioniert dieses auch, wenn durch externe Lichtquellen, zum Beispiel einem Laserpointer, zusätzlich Licht auf die Projektionsfläche aufgebracht wird. Aus Kostengründen können mehrere Projektionstripelpunkte nur einem Lichtempfänger zugeordnet werden.If you assign a light receiver to each projection triple point, the back-reflected light can be measured by touching the projection surface with an object or a finger and used for signal processing in analogy to a touch monitor. Of course, this also works if additional light is applied to the projection surface by external light sources, for example a laser pointer. For cost reasons, multiple projection triple points can only be assigned to one light receiver.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following figures and the associated descriptions.
Fig. 1 stellt einen Diodenchip mit Mikrolinsen dar. Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Mikrolinsengruppe.Fig. 1 shows a diode chip with microlenses. Fig. 2 is a section through a microlens group.
Fig. 3 ist eine dreidimensionale Darstellung der Anordnung der erfinderischen Reflexionsflächen des Diodenchips .3 is a three-dimensional representation of the arrangement of the inventive reflection surfaces of the diode chip.
Fig. 4 - 6 zeigen jeweils eine schematische Darstellung der drei Basisbaugruppen in zwei Ansichten.FIGS. 4-6 each show a schematic illustration of the three basic assemblies in two views.
Fig. 7 zeigt eine Variante der Basisbaugruppen in zwei Ansichten.7 shows a variant of the basic modules in two views.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Verdrahtung der Dioden.8 shows a schematic representation of the wiring of the diodes.
Fig. 9 stellt den prinzipiellen Aufbau einer Weißlichtquelle dar.Fig. 9 shows the basic structure of a white light source.
Fig. 10 stellt den prinzipiellen Aufbau einer Projektionsfläche mit den erfinderischen Dioden dar.Fig. 10 shows the basic structure of a projection surface with the inventive diodes.
Fig. 1 1 stellt eine dreidimensionale Sonderanwendung mit biachsialem, kippbarem, elektronisch regelbarem Mikromirror für Projektionsflachen dar.Fig. 1 1 represents a three-dimensional special application with biaxial, tiltable, electronically controllable micromirror for projection surfaces.
Fig. 1 zeigt einen erfinderischen Leuchtdiodenchip 1 mit einer Vielzahl, unmittelbar auf den Diodengrundflächen 3, 4, 5, 6, 7 und 8 aufgebrachten, Mikrolinsen 2. Die Mikrolinsen 2 sind in dichtester Packungsdichte im Abstand 2 r der konvexen Linsenfläche, durch eine nicht dargestellte optische Abstandsplatte über den1 shows an inventive light-emitting diode chip 1 with a large number of microlenses 2, which are applied directly to the diode bases 3, 4, 5, 6, 7 and 8. The microlenses 2 are in the densest packing density at a distance 2 r from the convex lens surface, due to a non illustrated optical spacer over the
Quaderflächen positioniert.Cuboid areas positioned.
Der Quader hat dabei die Kantenlänge 2a und die Bauhöhe a. Die Bauhöhe a ist von dem jeweiligen Chipaufbau abhängig und ist in der Regel 210 - 250 μm.The cuboid has the edge length 2a and the overall height a. The overall height a depends on the respective chip structure and is usually 210 - 250 μm.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Linsengruppe dargestellt. Die Abstandsplatte 10 ist unmittelbar an der Linsenunterseite 12 angebracht. Die ganze Baugruppe besteht aus einem optisch hochwertigen, transparenten Kunststoff. Auf der Unterseite der Baugruppe ist eine elektrisch leitfähige Schicht 11 dargestellt, die vorzugsweise aus einer aufgespatterten ITO-Schicht besteht. Die Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Reflexionsebenen für die parallelisierte Strahlung der sechs Quaderflächen. Die Flächen 25, 26, 27, 28 sind den rechteckigen Seiten des Quaders zugeordnet. Die quadratische Bodenfläche 4 des Diodenchips 1 wird in vier gleiche, quadratische Flächen unterteilt. Die Reflexionsflächen 24aι - 24di sind ihnen zugeordnet. Über die Diagonale der Quaderfläche wird die Strahlung dieser Flächen um 90° zu den jeweiligen Seiten geleitet. Hier werden sie von einer zweiten Reflexionsfläche 24a2 - 24d2 wiederum um 90° abgestrahlt. Auf diese Weise wird die parallelisierte Strahlung der kugelförmigen Strahlung des Diodenchips 1 von allen sechs Grundflächen in nur eine Richtung homogenisiert abgestrahlt. Die ausgeleuchtete Fläche stellt ein Quadrat mit der vierfachen Kantenlänge der Bauhöhe a des Diodenchips 1 dar. Nicht dargestellt sind die Verbindungsstege zur Fixierung der einzelnen Reflexionsflächen miteinander, so dass es nur eine Baugruppe, die spritzguss- technisch hergestellt werden kann, gibt. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass die Höhe des Diodenchips als Basisgröße für die Dimensionierung der Reflexionsflächen dient. Denkbar ist jede geometrische Rechteckform. Es kann auch sinnvoll sein, die quadratische Bodenfläche des Chips direkt zu versiegeln, so dass die Strahlung in den Diodenchip zurückgeleitet wird und sich dort einen Weg zu den fünf freien Seitenflächen sucht. In diesem Fall fallen die Reflexionsflächen (24aι/2 -2 shows a section through a lens group. The spacer plate 10 is attached directly to the underside of the lens 12. The whole assembly consists of an optically high-quality, transparent plastic. An electrically conductive layer 11 is shown on the underside of the assembly, which preferably consists of a sputtered ITO layer. 3 shows a three-dimensional view of the reflection planes according to the invention for the parallelized radiation of the six cuboid surfaces. The surfaces 25, 26, 27, 28 are assigned to the rectangular sides of the cuboid. The square bottom surface 4 of the diode chip 1 is divided into four equal, square surfaces. The reflection surfaces 24 a ι - 24di are assigned to them. The radiation from these surfaces is directed through 90 ° to the respective sides via the diagonal of the cuboid surface. Here they are emitted again by 90 ° from a second reflection surface 24 a 2 - 24 d2 . In this way, the parallelized radiation of the spherical radiation of the diode chip 1 is emitted from all six base surfaces in a homogenized manner in only one direction. The illuminated surface represents a square with four times the edge length of the overall height a of the diode chip 1. The connecting webs for fixing the individual reflection surfaces to one another are not shown, so that there is only one module that can be produced by injection molding. It is also not absolutely necessary for the height of the diode chip to serve as the basic variable for dimensioning the reflection surfaces. Any geometric rectangular shape is conceivable. It can also make sense to seal the square bottom surface of the chip directly, so that the radiation is returned to the diode chip and looks for a way to the five free side surfaces. In this case, the reflective surfaces (24 a ι / 2 -
24d1/2) weg.24 d1 / 2 ) away.
In Fig. 4 ist die kaskadierbare Deckenbaugruppe 30 für die quadratische Grundfläche 3 des Diodenchips 1 dargestellt. Jede quadratische Fläche 35 dient zur Abdeckung eines Diodenchips. An den vier Seiten ist jeweils ein rechteckiger, transparenter Zentrier- und Befestigungssteg 36 angebracht. Die gesamte Gruppe ist mit einer dünnen, leitenden ITO-Schicht 34 bespattert. Dieses ist jedoch nur notwendig, wenn der Kunststoff, aus dem die gesamte Baugruppe hergestellt wird, nicht genügend Strom leiten kann. Die Bespatterung der ITO-Schicht findet in einem eigenen Prozessschritt nach dem Spritzgießen statt. An den Stellen 33, 34 sind dünne Sollbruchstellen, die durch mechanisches Abtrennen der dünnen ITO- Schichten entstehen. An diesen Stellen können die einzelnen Elemente der Baugruppe beliebig separiert werden. ln Fig. 5 ist die Bodenbaugruppe 40 dargestellt. Sie wird in drei Prozessschritten hergestellt. Zuerst wird die Bodengruppe in Analogie zu Fig. 4 hergestellt. Danach werden die vier Seitenteile 47 in einem Spritzgussprozess angebracht. Auch hier kann die ITO-Schicht 48 wegfallen wenn die Leitfähigkeit der transparenten Kunststoffbodenschicht 46 ausreichend ist. Damit würde der Bespatterungsprozess- schritt wegfallen. Die vier Seitenflächen 47 müssen dann aus einem nicht leitenden Kunststoff hergestellt werden. Es bleiben somit auf jeden Fall zwei Spritzgussprozesse. Die Sollbruchstellen 43, 44 sind ebenfalls vorhanden.4, the cascadable ceiling assembly 30 for the square base 3 of the diode chip 1 is shown. Each square surface 35 serves to cover a diode chip. A rectangular, transparent centering and fastening web 36 is attached to each of the four sides. The entire group is covered with a thin, conductive ITO layer 34. However, this is only necessary if the plastic from which the entire assembly is made cannot conduct enough current. The ITO layer is coated in a separate process step after the injection molding. At locations 33, 34 there are thin predetermined breaking points which are created by mechanical separation of the thin ITO layers. At these points, the individual elements of the assembly can be separated as required. 5, the bottom assembly 40 is shown. It is manufactured in three process steps. First, the floor assembly is produced in analogy to Fig. 4. The four side parts 47 are then attached in an injection molding process. Here, too, the ITO layer 48 can be omitted if the conductivity of the transparent plastic base layer 46 is sufficient. This would eliminate the spattering process step. The four side surfaces 47 must then be made of a non-conductive plastic. This leaves two injection molding processes in any case. The predetermined breaking points 43, 44 are also present.
Fig. 6 stellt die Reflexionsbaugruppe 50 dar. Sie wird entweder in einem oder in zweiFig. 6 illustrates the reflection assembly 50. It is either in one or in two
Verfahrensprozessen hergestellt. Wenn die Reflexion über Totalreflextion durchgeführt wird, benötigt man nur einen Verfahrensprozess. Wird die Reflexion über Aluminiumbedampfung hergestellt benötigt man zwei, den Mikrospritzprozess und den Aluminiumbedampfungsprozess. Diese Baugruppe dient als zentrale Aufnahme der Baugruppen 30 und 40. Die Baugruppe 30 wird vom Boden 51 in dieProcesses manufactured. If the reflection is carried out via total reflection, only one process process is required. If the reflection via aluminum vapor deposition is required, two are required, the micro spraying process and the aluminum vapor deposition process. This assembly serves as the central receptacle for the assemblies 30 and 40
Baugruppe 50 eingeführt. Die Befestigung der Baugruppe 30 geschieht durch eine Presspassung, die durch die vier Rechteckflächen 36 und durch die Öffnungen 56, 57, 58 entstehen. Die Baugruppe 40 wird über die Decke 52 auf die Baugruppe 50 als Abdeckung aufgebracht und über seitliche Schnappkerben 55 verankert. Zuvor wird in die Baugruppe 40 in einem separaten Verfahrensprozess mit einemModule 50 introduced. The assembly 30 is fastened by a press fit, which is created by the four rectangular surfaces 36 and by the openings 56, 57, 58. The assembly 40 is applied to the assembly 50 as a cover over the ceiling 52 and anchored via lateral snap notches 55. Beforehand, assembly 40 is carried out in a separate process using
Handlingsautomaten, ähnlich wie er beim Bestücken von Leiterplatinen benötigt wird, der Diodenchip in die Öffnungen 45, 46 eingeführt.Handling machines, similar to those required when assembling printed circuit boards, the diode chip inserted into the openings 45, 46.
Die Fig. 7 zeigt eine Variante der Baugruppe 30. Hier sind zwischen dem einzelnen Diodenbauelement 63 beliebig breite Stege 61 , 62 eingefügt, die elastisch sein können. In Analogie hierzu werden die Baugruppen 40, 50 ebenfalls derartige Stege aufweisen. Damit ist es möglich, die gesamte Baugruppe auf dreidimensionale Oberflächen zu kleben, so dass die einzelnen Dioden sich je nach Beleuchtungsaufgabe automatisch ausrichten.FIG. 7 shows a variant of the assembly 30. Here, webs 61, 62 of any width, which can be elastic, are inserted between the individual diode component 63. Analogously to this, the assemblies 40, 50 will also have webs of this type. This makes it possible to glue the entire assembly onto three-dimensional surfaces, so that the individual diodes align themselves automatically depending on the lighting task.
In der Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Verdrahtung der einzelnen Dioden 72 - 76 durch die Leiterbahn 71 dargestellt. Die zusammengefügten Baugruppen 30, 40, 50 sind hier durch die Ziffer 70 dargestellt. Die Dioden 72 und 76 sind parallel geschaltet, die Dioden 73 - 75 sind in einer Reihenschaltung verdrahtet.FIG. 8 shows a schematic illustration of the wiring of the individual diodes 72-76 through the conductor track 71. The merged Modules 30, 40, 50 are represented here by the number 70. The diodes 72 and 76 are connected in parallel, the diodes 73-75 are wired in a series connection.
In der Fig. 9 ist der prinzipielle Aufbau einer Weißlichtquelle dargestellt. Die Dioden9 shows the basic structure of a white light source. The diodes
81 , 82, 83 sind jeweils in Reihe geschaltet. Sie bestehen aus einer roten, grünen und blauen Diode die somit ein weißes Licht erzeugen. Über dem Triplepunkt 80 ist entweder eine Streu- oder Sammellinse 84 angeordnet.81, 82, 83 are each connected in series. They consist of a red, green and blue diode which produce a white light. Either a diffusing or converging lens 84 is arranged above the triple point 80.
In Fig. 10 ist der prinzipielle Aufbau einer Projektionswand dargestellt. Hier sind die einzelnen Dioden 91 , 92, 93 eines Triplepunktes 90 einzeln ansteuerbar. Die übergeordnete Linse 94 besteht aus einer Vielzahl von konkaven Mikrostreulinsen, damit die einzelnen Pixel der Projektionsfläche aus allen Blickwinkeln gleich gut gesehen werden. Die Ansteuerung der einzelnen Triplebildpunkte geschieht in Analogie zu einem Farb-LCD-Display. Durch die Kaskadierbarkeit der einzelnen10 shows the basic structure of a projection screen. Here the individual diodes 91, 92, 93 of a triple point 90 can be controlled individually. The superordinate lens 94 consists of a multiplicity of concave micro-scattering lenses so that the individual pixels of the projection surface can be seen equally well from all viewing angles. The control of the individual triple pixels takes place in analogy to a color LCD display. Due to the cascadability of the individual
Triplepunkte ist es möglich kleine Teilmodule, die nur einen Bildausschnitt zeigen, einzeln herzustellen, um sie dann zu einem beliebig großen Monitor zusammen zu fügen. Defekte Module können leicht ausgetauscht werden.Triple points make it possible to individually produce small sub-modules that only show one image section, and then combine them to form a monitor of any size. Defective modules can be easily replaced.
Fig. 11 ist eine Projektionsfläche 100, die von nur einem Triplepunkt 101 beleuchtet wird. Über einen zweidimensional kippbaren, elektronisch regelbaren Mikromirror 102 werden die Grundfarben zyklisch synchronisiert, auf die Projektionsfläche 100 geworfen und können somit beliebig farbige Bilder darstellen. Die Module sind kaskadierbar, so dass aus mehreren Modulen, die jeweils ein Teilbild darstellen, ein PC-Monitor oder ein HdTV-Flachbildschirm erzeugt werden kann. Der Spiegel 103 dient als Umlenkspiegel.11 is a projection surface 100 which is illuminated by only one triple point 101. The basic colors are cyclically synchronized by means of a two-dimensionally tiltable, electronically controllable micromirror 102, are thrown onto the projection surface 100 and can thus represent images of any color. The modules can be cascaded so that a PC monitor or a HdTV flat screen can be generated from several modules, each of which represents a partial image. The mirror 103 serves as a deflecting mirror.
Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass Beleuchtungsaufgaben mit einem hohen technischen Anspruch, wie zum Beispiel Autoscheinwerfer, Linienbeleuchtung für Zeilenkameras, Beleuchtung zu Laserpumpen u. a. mit den erfinderischen Dioden leicht hergestellt werden können. Der hohe Wirkungsgrad der Dioden, der durch die optimierte Strahlungsauskopplung nochmals verbessert wurde, sorgt dann für eine ideale, energiearme, kaskadierbare Beleuchtungsquelle bzw. Projektionsfläche. In summary, it can be said that lighting tasks with a high technical standard, such as car headlights, line lighting for line cameras, lighting for laser pumps and the like. a. can be easily manufactured with the inventive diodes. The high efficiency of the diodes, which has been further improved by the optimized radiation coupling, then ensures an ideal, low-energy, cascadable lighting source or projection surface.

Claims

Patentansprüche claims
1. Leuchtdiode, bestehend aus einem Leuchtdiodenchip und Mikrolinsen oder Mikrolinsensystemen, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtdiodenchip (1 ) sechs Grundflächen aufweist und dass zumindest auf einer dieser sechs Grundflächen des Leuchtdiodenchips (1) eine Vielzahl von Mikrolinsen (2) oder Mikrolinsengruppen oder Mikrolinsensystemen angeordnet ist.1. Light-emitting diode, consisting of a light-emitting diode chip and microlenses or microlens systems, characterized in that the light-emitting diode chip (1) has six base areas and that at least on one of these six base areas of the light-emitting diode chip (1) a plurality of microlenses (2) or microlens groups or microlens systems are arranged is.
2. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder dieser sechs Grundflächen des Leuchtdiodenchips (1 ) eine Vielzahl von Mikrolinsen (2) oder Mikrolinsengruppen oder Mikrolinsensystemen angeordnet ist.2. Light-emitting diode according to claim 1, characterized in that a plurality of microlenses (2) or microlens groups or microlens systems is arranged on each of these six base areas of the light-emitting diode chip (1).
3. Leuchtdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsengruppen (3, 4, 5, 6, 7, 8) als plankonvexe Linsen (9) in dichter Packungsanordnung mit einem Abstand r über der jeweiligen Grundfläche des Leuchtdiodenchips (1 ) angeordnet sind.3. Light-emitting diode according to claim 1 or 2, characterized in that the microlens groups (3, 4, 5, 6, 7, 8) as plano-convex lenses (9) in a dense packing arrangement with a distance r above the respective base area of the light-emitting diode chip (1) are arranged.
4. Leuchtdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsengruppen (3, 4, 5, 6, 7, 8) mit einem Abstand entsprechend dem zweifachen Radius der konvexen Linsen über der jeweiligen Grundfläche des Leuchtdiodenchips (1) angeordnet sind.4. Light-emitting diode according to claim 3, characterized in that the microlens groups (3, 4, 5, 6, 7, 8) are arranged at a distance corresponding to twice the radius of the convex lenses above the respective base area of the light-emitting diode chip (1).
5. Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsengruppen (3 - 8) aus Kunststoff bestehen, wobei ein Teil (3, 4) dieser Linsengruppen aus elektrisch leitfähigen Kunststoffen gebildet ist.5. Light-emitting diode according to one of the preceding claims, characterized in that the microlens groups (3 - 8) consist of plastic, a part (3, 4) of these lens groups being formed from electrically conductive plastics.
6. Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Mikrolinsengruppe (3 - 8) auf seiner Unterseite mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (11) gespattert sind. 6. Light-emitting diode according to one of the preceding claims, characterized in that part of the microlens group (3-8) are sputtered on its underside with an electrically conductive layer (11).
7. Leuchtdiode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Mikrolinsengruppe (3 - 8) auf seiner Unterseite mit einer ITO-Schicht (11 ) gespattert sind.7. Light-emitting diode according to claim 6, characterized in that part of the microlens group (3-8) are sputtered on its underside with an ITO layer (11).
8. Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Grundfläche (4, 5, 6, 7, 8) des Leuchtdiodenchips (1) eine oder mehrere Reflexionsflächen (24aι/2 - 24dι/2, 25, 26, 27, 28) zugeordnet sind.8. Light-emitting diode according to one of the preceding claims, characterized in that each base surface (4, 5, 6, 7, 8) of the light-emitting diode chip (1) has one or more reflection surfaces (24 a ι / 2 - 24 d ι / 2, 25, 26, 27, 28) are assigned.
9. Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dioden-Leuchtchip (1) die Höhe a, die Breite 2a und die Tiefe 2a besitzt.9. Light-emitting diode according to one of the preceding claims, characterized in that the diode light chip (1) has the height a, the width 2a and the depth 2a.
10. Leuchtdiode nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen (24a-ι/2- 24dι/2, 25, 26, 27, 28) aus einem optischen Kunststoff bestehen, dessen Brechungsindex 1 ,42 ist.10. Light-emitting diode according to claims 8 or 9, characterized in that the reflection surfaces (24 a -ι / 2- 24 d ι / 2, 25, 26, 27, 28) consist of an optical plastic, the refractive index of which is 1, 42 ,
11. Leuchtdiode nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mikrolinse (2) der Mikrolinsengruppe (4 - 8) und/oder des Mikrolinsensystems eine definierte Reflexionsfläche zur Strahlenführung zugeordnet ist.11. Light-emitting diode according to claims 8 to 10, characterized in that each microlens (2) of the microlens group (4-8) and / or the microlens system is assigned a defined reflection surface for guiding the rays.
12. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Baugruppen (30, 40, 50) vorgesehen sind, die derart gestaltet sind, dass sie eine Vielzahl von Leuchtdiodenkörpern in sich aufnehmen können, dass sie über Zentrier- und Positionierbereiche (36, 55) verfügen, die zum einfachen Zusammenfügen der Baugruppen führen, und dass sie über Sollbruchstellen (33, 34, 43, 44,53,54) zum beliebigen Separieren aufweisen. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that three assemblies (30, 40, 50) are provided which are designed such that they can accommodate a multiplicity of light-emitting diode bodies in such a way that they can be centered and positioned (36, 55), which lead to the simple assembly of the assemblies and that they have predetermined breaking points (33, 34, 43, 44, 53, 54) for any separation.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppen (30, 40,50) an den Sollbruchstellen (33, 34, 43, 44,53,54) durch elastische Bereiche miteinander verbunden sind.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the assemblies (30, 40.50) at the predetermined breaking points (33, 34, 43, 44, 53, 54) are connected to one another by elastic regions.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der montierten Baugruppe (70), die aus den drei Grundelementen (30, 40, 50) besteht, eine Leiterbahn (71 ) angeordnet ist, die die einzelnen Dioden (72, 76) oder Diodengruppen (73 - 75) mit Strom versorgt.14. The apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that below the assembled assembly (70), which consists of the three basic elements (30, 40, 50), a conductor track (71) is arranged, which the individual diodes (72, 76) or diode groups (73 - 75) are supplied with current.
15. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der linearisierte Strahlengang eines jeden Leuchtdiodenchips (1 ) nur durch Anpassung der Reflexionsflächen (24aι/2 - 24dι/2, 25, 26, 27, 28) punkt-, linien- oder flächenförmig geformt wird, dass eine Vielzahl derartig gestalteter Leuchtelemente derart angeordnet werden, dass beliebige Flächen oder Gegenstände über beliebige Entfernungen ausgeleuchtet werden.15. The method according to any one of the above claims, characterized in that the linearized beam path of each LED chip (1) only by adjusting the reflective surfaces (24 a ι / 2 - 24 d ι / 2 , 25, 26, 27, 28) point , is shaped in a line or in a flat shape such that a multiplicity of lighting elements designed in this way are arranged such that any surfaces or objects are illuminated over any distances.
16. Anwendung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei der erfinderischen Leuchtdioden (81 , 82, 83, 91 , 92, 93) in einem Triplepunkt (80, 90) angeordnet sind, dass dieser Triplepunkt (80, 90) beliebig kaskadierbar ist, dass über diesem Triplepunkt jeweils ein optisches Element (84, 94) angeordnet ist und dass die einzelnen Dioden (91 , 92, 93) separat angesteuert werden können.16. Use according to one of the above claims, characterized in that three of the inventive light-emitting diodes (81, 82, 83, 91, 92, 93) are arranged in a triple point (80, 90), that this triple point (80, 90) It can be cascaded as desired that an optical element (84, 94) is arranged above this triple point and that the individual diodes (91, 92, 93) can be controlled separately.
17. Anwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei der erfinderischen Leuchtdioden (81 , 82, 83, 91 , 92, 93) in einem, sechseckigen Triplepunkt (80, 90) angeordnet sind. 17. Use according to claim 16, characterized in that in each case three of the inventive light-emitting diodes (81, 82, 83, 91, 92, 93) are arranged in a hexagonal triple point (80, 90).
18. Anwendung nach einem der Ansprüche 16 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem oder mehreren Tripelpunkten (80 ,90) ein Lichtempfänger zugeordnet ist . 18. Application according to one of claims 16 - 17, characterized in that one or more triple points (80, 90) is assigned a light receiver.
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