DE102006023706B4

DE102006023706B4 - Lichtquelle, die für hinterleuchtete LCD-Anzeigen angepasst ist

Info

Publication number: DE102006023706B4
Application number: DE102006023706A
Authority: DE
Inventors: Thye Linn Mok; Siew Kim Tan
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: KR20060121701A; JP2006332665A; TW200643567A; US7293906B2; KR101231484B1; TWI320506B; JP5215535B2; CN1912713B; CN1912713A; DE102006023706A1; US20060262554A1

Abstract

Vorrichtung (70), die folgende Merkmale aufweist:
eine Lichtquelle, die eine Mehrzahl von LED-Chips (71) aufweist, die in einem Array entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei jeder LED-Chip (71) Licht in einer zweiten Richtung emittiert;
einen Lichtleiter (73), der eine Schicht aus transparentem Material mit einer oberen Oberfläche (74), einer unteren Oberfläche (75) und einer Randoberfläche aufweist;
einen Reflektor (72), der Licht von den LED-Chips (71), das sich in der zweiten Richtung bewegt, derart in die Randoberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert, dass ein Abschnitt des Lichts durch die obere und untere Oberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert wird,
wobei die zweite Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche (75) des Lichtleiters ausgerichtet ist.

Description

Flüssigkristallanzeigen (LCDs; liquid crystal displays) werden bei einer großen Vielzahl von Computern und Verbrauchervorrichtungen verwendet, wie z. B. Fernsehern. Eine hinterleuchtete LCD ist ein Array aus Pixeln, bei dem jedes Pixel als ein Verschluss wirkt, der Licht von einer Lichtquelle entweder leitet oder blockiert, die hinter dem Pixel angeordnet ist. Farbanzeigen werden implementiert durch Ausrüsten der Pixel mit Farbfiltern, derart, dass jedes Pixel Licht einer bestimmten Farbe überträgt oder blockiert. Die Intensität des Lichts von jedem Pixel wird durch die Zeit eingestellt, die das Pixel in dem übertragenden Zustand ist.
Die Anzeige wird üblicherweise durch einen Weißlichtquelle beleuchtet, die eine einheitliche Lichtintensität über die Rückoberfläche der Anzeige liefert. Beleuchtungsquellen, die auf fluoreszierendem Licht basieren, sind besonders attraktiv, aufgrund ihrer hohen Lichtausgabe pro Wattstunde verbrauchter Leistung. Solche Quellen erfordern jedoch hohe Antriebsspannungen, was sie weniger attraktiv für batteriebetriebene Vorrichtungen macht.
Folglich bestand bei solchen Anwendungen beträchtliches Interesse an dem Verwenden von Lichtquellen, die auf LEDs basieren. LEDs haben eine ähnliche elektrische Effizienz und lange Lebensdauern. Zusätzlich dazu sind die benötigten Antriebsspannungen kompatibel mit der Batterieleistung, die an den meisten tragbaren Vorrichtungen erhältlich ist.
Das Beleuchtungssystem verwendet üblicherweise eine Form eines Lichtkastens oder eines Lichtleiters hinter dem LCD-Array. Licht wird in diesen Lichtkasten an den Umfang des Lichtkastens eingeführt. Die Oberfläche des Lichtkastens gegenüberliegend zu der Oberfläche, die benachbart zu dem LCD-Array ist, weist eine Form einer Streuabdeckung auf, die das Licht streut, so dass die Rückoberfläche der LCD einheitlich beleuchtet ist.
Die Dicke der Lichtquelle ist durch die Dicke des Lichtkastens beschränkt. Die Dicke der Anzeige ist besonders wichtig bei Anzeigen, die für Laptopcomputer und handgehaltene Vorrichtungen verwendet werden, wie z. B. PDAs und Zellulartelefone, da die Anzeigedicke die Gesamtdicke der Vorrichtung einschränkt. Einige dieser tragbaren Vorrichtungen benötigen Lichtkästen, die weniger als 10 mm dick sind. Da die Dicke des Lichtkastens reduziert ist, ist die effiziente Einleitung von Licht in den Lichtkasten von den Seiten auf eine Weise, die eine einheitliche Beleuchtung sicherstellt, schwieriger.
Zusätzlich dazu stellen große Anzeigen ein Leistungsdissipations- bzw. Leistungsabführungs-Problem dar. Die meiste Leistung, die an die LEDs angewendet wird, wird in Wärme und nicht Licht umgewandelt. Da die Lichtquelle auf den Umfang des Lichtkastens beschränkt ist, ist diese Wärme in der Region um den Umfang des Lichtkastens konzentriert. Bekannte, LED-basierte Lichtquellen, die zum Beleuchten eines Lichtkastens verwendet werden, liefern kein kostengünstiges Verfahren zum Bewegen der Wärme von den LEDs zu einer wärmeabführenden Oberfläche.
US 5,980,054 A offenbart ein effizientes energiesparendes paneelförmiges Beleuchtungssystem, dass für Massenproduktion geeignet ist und welches zumindest einen Photoleiter, eine lineare Lichtquelle und einen Reflektor aufweist.
US 2004/151007 A1 offenbart ein Lichtmodul für eine Vorrichtung mit flachem Display zum Reduzieren der Dicke der Lichtleiterplatte. Die Erfindung weist eine Lichtleiterplatte mit einer ersten Sektion, einer zweiten Sektion und einer lichtemittierenden Oberfläche auf.
US 6,386,720 B1 offenbart eine Lichtquelle, welche eine Gruppe von lichtemittierenden Elementen und Justiermittel zum individuellen Justieren jedes einzelnen lichtemittierenden Elements der Gruppe von lichtemittierenden Elementen aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beleuchten einer Oberfläche mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Reflektor und einem Lichtleiter.
Die Lichtquelle umfasst eine Mehrzahl von LED-Chips, die in einem Array entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei jeder LED-Chip Licht in einer zweiten Richtung emittiert. Der Lichtleiter umfasst eine Schicht aus transparentem Material mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und einer Randoberfläche. Der Reflektor reflektiert Licht von den LED-Chips, das sich in der zweiten Richtung in die Randoberfläche des Lichtleiters derart bewegt, dass ein Abschnitt des Lichts durch die obere und untere Oberfläche des Reflektors reflektiert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel leitet der Reflektor Licht um, das die LED-Chips verlässt, innerhalb eines vorbestimmten Kegels aus Winkeln um die erste Richtung in den Lichtleiter, derart, dass das Licht in diesem vorbestimmten Kegel aus Winkeln vollständig durch die obere Oberfläche des Lichtleiters reflektiert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die untere Oberfläche der Schicht aus transparentem Material Merkmale, die Licht streuen, das auf die Merkmale trifft, wobei zumindest ein Teil des Lichts hin zu der oberen Oberfläche in einem solchen Winkel gestreut wird, dass das gestreute Licht aus der oberen Oberfläche der Schicht aus transparentem Material austritt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die LED-Chips an ein Substrat mit einem Metallkern gebondet, wobei eine Isolierschicht an eine Oberfläche des Metallkerns gebondet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Reflektor einen zylindrischen Reflektor mit einer Achse parallel zu der ersten Richtung. Bei einem Ausführungsbeispiel füllt ein transparentes Medium das Volumen zwischen dem Reflektor und dem Substrat, derart, dass die Chips durch das transparente Medium abgedeckt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat eine reflektierende Oberfläche zum reflektieren von Licht von den LED-Chips, das auf die Oberfläche trifft. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Licht, das die LED-Chips durch die Seiten dieser Chips verlässt, in den Reflektor reflektiert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht einer Lichtquelle 10;
2 eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 10 durch Linie 2-2;
3 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Lichtquelle 50;
4 eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 50;
5 eine Querschnittsansicht einer Lichtquelle 70, die an den Rand eines Lichtleiters 73 angebracht ist;
6 eine Draufsicht der Chip-Anordnung;
7 eine Querschnittsansicht durch Linie 7-7, die in 6 gezeigt ist;
8 eine Querschnittsansicht durch Linie 8-8, die in 6 gezeigt ist;
9 eine Querschnittsansicht einer Lichtquelle durch einen Chip;
10 eine klare Kunststoffschicht, die über die befestigten Chips geformt ist, wodurch die Chips und die verschiedenen Drahtverbindungen eingekapselt sind;
11 eine reflektierende Schicht, die auf der oberen Oberfläche einer klaren Kunststoffschicht aufgebracht ist;
12 einen vorgeformten Reflektor, der an eine Oberfläche gebondet ist;
13 das Volumen zwischen dem Reflektor und dem Substrat, das mit einer klaren Vergussverbindung gefüllt ist; und
14 ein Verbindungsschema, bei dem die individuellen LEDs jeder Farbe in Reihe verbunden sind.
Die Art und Weise, wie die vorliegende Erfindung ihre Vorteile schafft, ist einfacher verständlich Bezug nehmend auf 1 und 2, die eine bekannte Lichtkastenanordnung zum Beleuchten einer LCD-Anzeige 16 zeigen. 1 ist eine Draufsicht einer Lichtquelle 10 und 2 ist eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 10 durch Linie 2-2. Die Lichtquelle 10 verwendet ein Array aus LEDs 11, um einen Lichtleiter 12 zu beleuchten. Die LEDs sind an einer Schaltungsplatine 13 befestigt, die an einer zweiten Platine 15 befestigt ist, die Leistung zu den LEDs liefert. Die LEDs sind derart positioniert, dass Licht, die die Oberseite jeder LED verlässt, das Ende des Lichtleiters 12 beleuchtet. Das Licht, das in den Lichtleiter 12 mit einem Winkel eintritt, der größer ist als der kritische Winkel im Hinblick auf die Normale der Oberfläche 21, wird rückwärts und vorwärts innerhalb des Lichtleiters 12 reflektiert, bis das Licht entweder absorbiert oder durch Partikel 22 auf der Oberfläche 17 gestreut ist. Das gestreute Licht, das auf die Oberfläche 21 mit Winkeln auftrifft, die geringer sind als der kritische Winkel, entkommt aus dem Lichtleiter und beleuchtet die Rückoberfläche der LCD-Anzeige 16.
Die Anordnung, die in 1 und 2 gezeigt ist, weist eine Anzahl von Problemen auf. Erstens ist das Vermischen des Lichts von den LEDs schlecht, insbesondere in der Region 18 in der Nähe der LEDs. Dieses Problem wird verschlimmert durch die Verwendung von individuell gehäusten LEDs, da die Distanz zwischen den Lichtquellen ausreichend groß sein muss, um die Häusung der individuellen LED-Stücke unterzubringen. Somit ist entweder der Rand der LCD-Anzeige 16 schlecht beleuchtet oder der Lichtleiter muss derart ausgedehnt werden, dass der Bereich der nichteinheitlichen Beleuchtung nicht unter der LCD-Versorgung ist. Die letztere Lösung erhöht die Größe der Vorrichtungen, in denen die Anzeige verwendet wird und ist somit unerwünscht.
Zweitens muss die Wärme, die durch die LEDs erzeugt wird, entweder auf der Rückoberfläche 14 der gedruckten Schaltungsplatine 13 dissipiert bzw. abgeführt werden oder dadurch, dass sie zu der gedruckten Schaltungsplatine 15 geleitet wird. Der Bereich, der für eine Wärmedissipation auf der Oberfläche 14 verfügbar ist, ist durch die Höhe der gedruckten Schaltungsplatine 13 eingeschränkt. Wenn die Anzeigedicke reduziert ist, muss diese Höhe ebenfalls reduziert sein. Alternativ kann die Wärme durch die gedruckte Schaltungsplatine 13 zu der gedruckten Schaltungsplatine 15 geleitet werden, die einen größeren Bereich aufweist, der für eine Wärmedissipation verfügbar ist. Der Wärmefluss ist jedoch durch die Dicke der gedruckten Schaltungsplatine 13 eingeschränkt.
Drittens geht ein wesentlicher Bruchteil des Lichts, das durch die LEDs erzeugt wird, an der Luft-Lichtleiter-Schnittstelle aufgrund von Reflexionen verloren, die aus dem Unterschied bei dem Brechungsindex zwischen dem Lichtleiter und der Luft entstehen. Wenn der Raum zwischen der LED-Linse 24 und dem Lichtleiterende 23 mit einem Brechungsindexmaterial gefüllt ist, gehen die Bilderzeugungseigenschaften der Linse verloren und somit wird ein wesentlicher Bruchteil des Lichts, das durch die LED erzeugt wird, nicht in den schmalen Lichtleiter abgebildet.
Es wird nun Bezug auf 3 und 4 genommen, die eine Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. 3 ist eine auseinandergezogenen, perspektivische Ansicht der Lichtquelle 50 und 4 ist eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 50. Die Lichtquelle 50 kann als eine lineare Lichtquelle betrachtet werden, die aus einer Mehrzahl von LED-Chips 53 aufgebaut ist. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, emittiert jede LED entweder rotes, grünes oder blaues Licht. Die Chips sind abgewechselt, um eine ungefähr einheitliche Farbe entlang der Länge der Lichtquelle zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die relative Lichtintensität, die durch die Chips emittiert wird, eingestellt, um eine Weißlichtquelle einer vorbestimmten Farbtemperatur zu liefern.
Die LED-Chips sind in einem klaren Medium 52 mit einer Außenoberfläche eingekapselt, die einen Reflektor 51 umfasst. Das Einkapselungsmaterial schützt die Chips. Zusätzlich dazu liefert das Einkapselungsmaterial eine Brechungsindexübereinstimmung zu einem Lichtleiter, der Teil eines LCD-Beleuchtungssystems ist, wie oben erörtert wurde. Die Reflexionsoberfläche des Reflektors 51 ist vorzugsweise in ihrer Form zylindrisch mit einem hyperbolischen Querschnitt. Andere Querschnitte und Formen können jedoch verwendet werden.
Die individuellen Chips sind an einem Substrat 54 befestigt, das einen Metallkern 60 umfasst, der als eine Wärmesenke und ein Wärmedissipationsweg wirkt. Zusätzlich dazu liefert der Metallkern eine der Leistungsschienen, vorzugsweise Masse, für die LEDs. Die obere Oberfläche des Substrats 54 umfasst einen elektrisch isolierende Schicht 61, auf der verschiedene leitende Spuren gebondet sind. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel, das in 3 und 4 gezeigt ist, werden drei Signalspuren verwendet, eine für jede Farbe der LED. Die individuellen LEDs sind mit der entsprechenden Signalspur durch eine Drahtbondung verbunden, wie z. B. der Drahtbondung 58, die in 4 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in diesen Zeichnungen gezeigt ist, ist die gemeinsame Leistungsschiene mit einem Kontakt am Boden jedes Chips durch einen Weg 59 durch die Isolierschicht 61 verbunden. Die LED kann jedoch direkt an dem Metallkern befestigt sein, wenn der Chip keine anderen elektrischen Kontakte auf der Bodenoberfläche des Chips aufweist.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 3 und 4 gezeigt ist, sind alle der rot-emittierenden LEDs mit einer ersten Signalspur 55 verbunden, alle der blau-emittierenden LEDs sind mit einer zweiten Signalspur 56 verbunden und alle der grün-emittierenden LEDs sind mit einer dritten Signalspur 57 verbunden. Durch Variieren des Stroms, der auf den Spuren geliefert wird, oder des Arbeitszyklus des Signals auf den Spuren, kann die durchschnittliche Intensität des Lichts von den LEDs eingestellt werden. Eine solche Anordnung ermöglicht, dass das Ausgangsspektrum der Lichtquelle auf eine spezifizierte Farbe eingestellt und bei dieser Farbe beibehalten wird, wenn die LEDs altern. Wenn eine bestimmte Anwendung erfordert, dass jede LED separat eingestellt wird, kann eine separate Spur für jede LED angewendet werden.
Die Weise, auf die die Größe und Form des Reflektors bestimmt werden, ist einfacher verständlich Bezug nehmend auf 5, die eine Querschnittansicht einer Lichtquelle 70 ist, die an den Rand eines Lichtleiters 73 angebracht ist, der einen Lichtmischkasten zum Beleuchten eines LCD-Feldes 76 bildet. Die Lichtquelle 70 ist mit dem Lichtleiter 73 durch eine Region 77 verbunden, die mit einer Indexübereinstimmungsverbindung gefüllt ist. Das Licht, das die LED 71 in der vertikalen Richtung verlässt, wird durch den Reflektor 72 in den Lichtleiter 73 reflektiert. Die Größe und Querschnittform des Reflektors 73 sind derart ausgewählt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, das die LED 71 verlässt, das anfänglich von der oberen Oberfläche 74 oder der unteren Oberfläche 75 des Lichtleiters 73 reflektiert wird, in einem Winkel reflektiert wird, der größer ist als der kritische Winkel θ_c. Somit wird das Licht vollständig intern zurück hin zu der Bodenoberfläche 75 des Lichtlei ters 73 reflektiert. Nach dem Auftreffen auf die Oberfläche 75 wird das Licht entweder in einem Winkel reflektiert, der wiederum größer ist als der kritische Winkel, oder durch die Streuzentren 78 auf der Oberfläche 75 gestreut. Das Licht, das reflektiert wird, wird wiederum vollständig durch die Oberfläche 74 reflektiert und zurück zu der Oberfläche 75 umgeleitet. Das Licht, das derart gestreut wird, dass das gestreute Licht auf die Oberfläche 74 in einem Winkel auftrifft, der kleiner ist als θ_c, tritt aus dem Lichtleiter aus und beleuchtet die Bodenoberfläche des LCD-Feldes 76. Jegliches Licht, das bei Winkeln gestreut wird, die größer sind als θ_c, bleibt innerhalb des Lichtleiters gefangen.
Ein Teil des Lichts, das durch Streuzentren 78 gestreut wird, wird weg von der Oberfläche 74 in Winkeln geleitet, die dem Licht erlauben würden, durch die Oberfläche 75 zu entkommen. Um den Verlust solchen Lichts zu verhindern, kann die Bodenoberfläche des Lichtleiters 73 mit einem reflektierenden Material beschichtet sein oder ein separater Reflektor 79 kann unter dem Lichtleiter 73 platziert sein.
Die Menge des Lichts, das den Lichtleiter erreicht, kann weiter erhöht werden, durch Verwenden eines Substrats mit einer reflektierenden Oberfläche 89. Ein Teil des Lichts, das den Chip 71 verlässt, wird derart reflektiert, dass das Licht auf das Substrat auftritt, wie durch den Strahl dargestellt wird, der mit 81 bezeichnet ist. Wenn die Oberfläche des Substrats reflektierend ist, wird dieses Licht in die Lichtröhre geleitet, wodurch die Lichtsammlungseffizienz erhöht wird.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass LED-Chips einen wesentlichen Bruchteil von Licht aus den Seiten der Chips emittieren. Dies ist Licht, das innerhalb des Chips durch vollständige interne Reflexion von den horizontalen Oberflächen innerhalb des Chips gefangen ist. Dieses Licht verlässt den Chip an den Seiten, wo es auf die Oberflächen ungefähr im rechten Winkel trifft. Das Einkapselungsmaterial, das bei 52 in 4 gezeigt ist, reduziert dieses seiten-emittierte Licht, da es eher dem Brechungsindex des Chipmaterials als einer Chip-Luft-Schnittstelle entspricht. Das Chipmaterial weist jedoch trotzdem einen wesentlich größeren Brechungsindex auf als das Einkapselungsmaterial und somit kann ein wesentlicher Betrag an Licht trotzdem aus den Seiten des Chips geleitet werden.
Einige herkömmlich gepackte LEDs sammeln dieses Licht durch Platzieren des Chips in einen plattenförmigen Reflektor, der das seiten-emittierte Licht in der Vorwärtsrichtung reflektiert. Ausführungsbeispiele jedoch, die einen separaten Reflektor für jeden Chip umfassen, sind aus zwei Gründen weniger als ideal. Erstens sind die Kosten zum Bereitstellen solcher separater Reflektoren wesentlich und somit werden die Kosten der Lichtquelle erhöht. Zweitens führt eine Chip-Anordnung, die diskrete Punktquellen entlang einer Linie liefert, zu einer weniger einheitlichen Beleuchtung der LED-Oberfläche, als eine Anordnung, die eine kontinuierliche Lichtquelle entlang dieser Linie eher simuliert.
Es wird nun Bezug auf 6–8 genommen, die eine Chipanordnung darstellen, die einer kontinuierlichen, linearen Lichtquelle näher kommt. 6 ist eine Draufsicht der Chipanordnung; 7 ist eine Querschnittsansicht durch Linie 7-7, die in 6 gezeigt ist, und 8 ist eine Querschnittsansicht durch Linie 8-8, die in 6 gezeigt ist. Die Chips 81 sind entlang der Linie 7-7 mit einem Raum 85 zwischen jedem Paar aus Chips angeordnet. Wie oben erwähnt wurde, wechselt die Farbe, die durch die Chips emittiert wird derart, dass keine zwei benachbarten Chips dieselbe Farbe emittieren. Zwei lineare Reflektoren, die bei 82 gezeigt sind, sind positioniert, um Licht zu reflektieren, das die Seiten der Chips in einer Richtung senkrecht zu Linie 7-7 verlässt. Diese Reflektoren reflektieren Licht derart, dass es in derselben Richtung geleitet wird, wie das Licht, das die Oberseite des Chips verlässt. Die Räume 85 zwischen den Chips sind mit einem transparenten Material gefüllt, das Streupartikel suspendiert in demselben aufweist, wie bei 84 gezeigt ist. Die Oberfläche des Substrats 83 unter diesen Regionen ist reflektierend. Somit wird Licht, das durch diese Partikel abwärts gestreut wird, in der Vorwärtsrichtung umgeleitet, dieses Partikelstreumedium leitet das Seitenlicht zu der Vorwärtsrichtung um, und wirkt als ein Diffusor, wodurch das diskrete Wesen der Lichtquelle entlang Linie 7-7 unscharf wird.
Es wird nun Bezug auf 9–11 genommen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Anfänglich werden die Chips an einem Substrat 22 befestigt, wie in 9 gezeigt ist, die eine Querschnittsansicht einer Lichtquelle durch einen Chip 91 ist. Der Chip 91 ist an einer elektrisch leitfähigen Spur 93 befestigt, die als gemeinsame Masseverbindung für alle Chips wirkt. Der Chip 91 ist ferner mit einer elektrisch leitfähigen Signalspur 94 durch eine Drahtbondung 95 verbunden. Die verschiedenen elektrischen Spuren sind an eine elektrisch isolierende Schicht 96 gebondet, die die Spuren von dem Substrat 92 isoliert, die vorzugsweise aus Metall aufgebaut ist. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 9 gezeigt ist, sei angenommen, dass die Schicht 96 dünn ist und somit keine wesentliche Benhinderung für die Übertragung von Wärme von dem Chip 91 zu dem Substrat 92 bereitstellt. Alternativ kann der Chip 91 direkt an dem Substrat 92 befestigt sein. In diesem Fall wirkt das Substrat 92 sowohl als ein Wärmeübertragungsbauglied als auch eine gemeinsame elektrische Verbindung. Als Nächstes wird eine klare bzw. durchsichtige Kunststoff- oder Silikon-Schicht 97 über die befestigten Chips geformt, wodurch die Chips und die verschiedenen Drahtbondungen eingekapselt werden, wie in 10 gezeigt ist. Die obere Oberfläche der gestalteten Schicht ist derart geformt, dass die Oberfläche die korrekte Krümmung für den oben beschriebenen Reflektor liefert. Schließlich wird eine reflektierende Schicht 98 auf die obere Oberfläche der Schicht 97 aufgebracht, wie in 11 gezeigt ist.
Es wird nun Bezug auf 12 und 13 genommen, die ein anderes Verfahren zum Herstellen einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Bei diesem Verfahren sind die Chips an dem Substrat befestigt, wie oben Bezug nehmend auf 9–11 beschrieben wurde. Ein vorgeformter Reflektor 99 ist an das Substrat 92 gebondet, wie in 12 gezeigt ist. Das Volumen zwischen dem Reflektor 99 und dem Substrat 92 wird dann mit einer klaren Vergussmasse 101 gefüllt, wie in 13 gezeigt ist. Dieses Ausführungsbeispiel hängt nicht von der Qualität der geformten Oberfläche der Schicht 97 ab, wie in 10 gezeigt ist, und somit kann eine optisch perfektere, reflektierende Oberfläche geschaffen werden. Zusätzlich dazu kann der Reflektor 99 eine zusätzliche wärmeausstrahlende Oberfläche zum Bewegen von Wärme von dem Substrat 92 und der umliegenden Luft bereitstellen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden ein Verbindungsschema, bei dem alle LEDs einer bestimmten Farbe parallel mit einem gemeinsamen Leistungsanschluss verbunden sind, und mit einer gemeinsamen Masse, die durch alle LEDs über eine leitfähige Anschlussfläche unter den LEDs verwendet wird. Andere Anordnungen können jedoch verwendet werden. Zum Beispiel können alle LEDs einer bestimmten Farbe miteinander in Reihe verbunden sein. Wenn die individuellen LEDs einer bestimmten Farbe unterschiedliche Spannungen benötigen, um dieselbe Lichtausgabe zu liefern, ist eine Reihenverbindungsanordnung bevorzugt, da eine solche Anordnung sicherstellt, dass alle LEDs einer bestimmten Farbe mit demselben Strom getrieben werden und somit dieselbe Lichtausgabe erzeugen.
Es wird nun Bezug auf 14 genommen, die ein Verbindungsschema darstellt, bei dem die individuellen LEDs jeder Farbe in Reihe verbunden sind. Bei dieser Anordnung umfasst das Substrat 54, das in 3 gezeigt ist, drei Metallspuren 101–103, die Zwischenräume umfassen, wie z. B. den Zwischenraum 105, an jedem Punkt, an dem eine LED angeschlossen werden soll. Alle blauen LEDs 111 sind mit der Spur 101 derart verbunden, dass die LED die Schaltung über einen der Zwischenräume in der Spur 101 schließt. Auf ähnliche Weise sind die grünen LEDs 112 über die Zwischenräume in der Spur 102 verbunden und die roten LEDs 113 sind über die Zwischenräume in der Spur 103 verbunden. Die Enden jeder Spur sind mit den Treiberschaltungen verbunden, die die LEDs der entsprechenden Farbe mit Leistung versorgen.
Verschiedene Modifikationen an der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der vorangehenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nur durch den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Vorrichtung (70), die folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle, die eine Mehrzahl von LED-Chips (71) aufweist, die in einem Array entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei jeder LED-Chip (71) Licht in einer zweiten Richtung emittiert; einen Lichtleiter (73), der eine Schicht aus transparentem Material mit einer oberen Oberfläche (74), einer unteren Oberfläche (75) und einer Randoberfläche aufweist; einen Reflektor (72), der Licht von den LED-Chips (71), das sich in der zweiten Richtung bewegt, derart in die Randoberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert, dass ein Abschnitt des Lichts durch die obere und untere Oberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert wird, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche (75) des Lichtleiters ausgerichtet ist.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 1, bei der der Reflektor (72) Licht, das die LED-Chips (71) innerhalb eines vorbestimmten Winkelkegels um die erste Richtung in den Lichtleiter (73) verlässt, derart umleitet, dass das Licht in dem vorbestimmten Winkelkegel vollständig durch die obere Oberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert wird.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die untere Oberfläche (75) der Schicht aus transparentem Material Merkmale (78) aufweist, die Licht streuen, das auf die Merkmale trifft, wobei zumindest ein Teil des Lichts hin zu der oberen Oberfläche (74) in einem Winkel derart gestreut wird, dass das gestreute Licht aus der oberen Oberfläche (74) der Schicht aus transparentem Material austritt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die LED-Chips (71) an ein Substrat (54) gebondet sind.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 4, bei der das Substrat (54) ferner einen Metallkern (60) mit einer Isolierschicht (61) aufweist, die an eine Oberfläche des Metallkerns (60) gebondet ist.
Vorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Reflektor (72) einen zylindrischen Reflektor (72) mit einer Achse aufweist, die parallel zu der ersten Richtung ist.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 5 oder 6, die ferner eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Spuren (55–57) auf der Isolierschicht (61) aufweist, wobei jeder LED-Chip (71) elektrisch mit zumindest einer der elektrisch leitfähigen Spuren (55–57) verbunden ist.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 7, bei der die LED-Chips (71) mit einer der Spuren (55–57) derart verbunden sind, dass die LED-Chips (71) in Reihe verbunden sind.
Vorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, die ferner ein transparentes Medium (52) aufweist, das ein Volumen zwischen dem Reflektor (72) und dem Substrat (54) derart füllt, dass die LED-Chips (71) durch das transparente Medium (52) abgedeckt sind.
Vorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Substrat (54) eine reflektierende Oberfläche (89) zum Reflektieren von Licht von den LED-Chips (71) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die LED-Chips (71) Chips aufweisen, die Licht in den unterschiedlichen Wellenlängenbändern emittieren.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 11, bei der die LED-Chips (71), die benachbart zueinander in dem Array sind, Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbändern emittieren.
Vorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner einen Seitenlichtreflektor (82, 84) zum Umleiten von Licht aufweist, das aus den LED-Chips (71) in einer Richtung emittiert wird, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, zu einer Richtung, die parallel zu der ersten Richtung ist.
Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 13, bei der der Seitenlichtreflektor (82, 84) Partikel aufweist, die Licht streuen, die in einem transparenten Medium (74) suspendiert sind, das zwischen den LED-Chips (71) in dem Lichtarray angeordnet ist.
Verfahren zum Beleuchten einer Oberfläche, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Lichtquelle, die eine Mehrzahl von LED-Chips (71) aufweist, die in einem Array entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei jeder LED-Chip (71) Licht in einer zweiten Richtung emittiert; Bereitstellen eines Lichtleiters (73), der eine Schicht aus transparentem Material mit einer oberen Oberfläche (74), einer unteren Oberflächen (75) und einer Randoberfläche aufweist, wobei die obere Oberfläche (74) benachbart zu der Oberfläche ist, die beleuchtet werden soll; Reflektieren von Licht von den LED-Chips (71), das sich in der zweiten Richtung bewegt, derart in die Randoberfläche des Lichtleiters (73), dass ein Abschnitt des Lichts durch die obere und untere Oberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert wird, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche ausgerichtet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Licht, das die LED-Chips (71) innerhalb eines vorbestimmten Winkelkegels um die erste Richtung verlässt, in den Lichtleiter (73) derart reflektiert wird, dass das Licht in dem vorbestimmten Winkelkegel vollständig durch die obere Oberfläche des Lichtleiters (73) reflektiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner das Streuen von Licht von der unteren Oberfläche des Lichtleiters (73) hin zu der oberen Oberfläche in einem Winkel aufweist, derart, dass das gestreute Licht aus der oberen Oberfläche (74) der Schicht aus transparentem Material austritt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die LED-Chips (71) Chips aufweisen, die Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbändern emittieren.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die LED-Chips (71), die benachbart zueinander in dem Array sind, Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbändern emittieren.
Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, bei dem Licht, das die obere Oberfläche der Lichtleiterschicht verlässt, durch eine Person, die das Licht betrachtet, als weißes Licht wahrgenommen wird.