WO2005100016A2 - Light-emitting panel and optically effective foil - Google Patents

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WO2005100016A2
WO2005100016A2 PCT/CH2005/000209 CH2005000209W WO2005100016A2 WO 2005100016 A2 WO2005100016 A2 WO 2005100016A2 CH 2005000209 W CH2005000209 W CH 2005000209W WO 2005100016 A2 WO2005100016 A2 WO 2005100016A2
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Definitions

  • the invention relates to the field of light panels with LEDs, i.e. of sectionally flat light transmitters with a plurality of light-emitting semiconductor diodes (LEDs) as light sources.
  • LEDs light-emitting semiconductor diodes
  • Such light panels which also have the advantage of being able to be assembled, are known from the documents EP 1 055 256 and WO 03/023857 and also from WO2004 / 102064.
  • a light-emitting panel which has a plurality of unhoused LED chips and a film which covers a plurality of LED chips to protect them from environmental influences and at least partially influences the light emitted by them, for example frequency-converted.
  • Pig is understood to mean an element that is at least sectionally flat, which can be dimensionally stable or flexible and contains a plurality of light-generating elements, preferably arranged in a regular grid.
  • the light-generating elements are always LED chips, i.e. unhoused LEDs.
  • Optically effective films for converting the light color and / or for filtering certain light colors are known per se in connection with electroluminescent light sources such as LED or OLED. Examples which refer to OLED and / or to LED can be found in the documents WO03021622, WO03020846, US6653778, JPll 199781. Examples which only refer to OLED can be found in the documents TW474038, US2002113546, JP2001164245. Optically effective films in the sense of lens arrays or the like are also known per se in connection with electroluminescent light sources such as LED or OLED. Two examples from many of these are the documents US6654175 and US2003150916.
  • the invention stands out from this prior art in that a (single) optically effective film covers a plurality of LED chips in such a way that they are shielded from them by environmental influences - in particular by moisture.
  • a film in addition to the function .optical effect 'also realizes the functions, protection' with a single, inexpensive element to be produced: a film.
  • Long-term stability with regard to the chemical properties means that the protective functions mentioned above are retained for at least 50,000 operating hours, for example, even at operating temperatures of up to 120 ° C.
  • Long-term stability with regard to the mechanical properties means that under outdoor weather conditions and under mechanical alternating loads for at least 50,000 operating hours, no embrittlement and no cracking occur at operating temperatures of up to 120 ° C.
  • Long-term stability with regard to the optical properties means that the film in the visible light range, for example after at least 20,000 operating hours, but better only after 50,000 operating hours, may have a transmission loss of at most 20% even at operating temperatures of up to 120 ° C.
  • fluoropolymers and transparent silicones. Because of their mechanical properties, these are well known as materials per se, but have so far been used for optical applications not considered (fluoropolymers) or not considered as films.
  • Another suitable class of materials are the polycarbonates.
  • PI resists can be applied and cured in layer thicknesses between 1 and 10 ⁇ m using conventional methods, in the cured state they have extremely high optical refractive indices (1.65 to 1.9) and thus for the production of micro-optical refractive elements (fresnel-like elements) are predestined.
  • the materials mentioned can be combined well with soluble or highly viscous materials; These can be applied to a base film made of the materials mentioned or other transparent materials by processes such as coating, spraying, etc. and can at least partially harden there.
  • a soluble material amorphous fluoropolymers are available, for example, from Dupont under the brand name Teflon AF.
  • This material is in certain perfluorinated solvents (eg FC75 or FC40 from 3M) are soluble and can be applied in this state in thin or thick layers by methods such as spinning, spraying, dipping, etc. on suitable carriers. It has an excellent transparency for visible light and an outstanding long-term stability like the other fluoropolymers.
  • the protection offered by the materials mentioned against aggressive gases and liquids as well as against water and water vapor can be significantly improved by vapor deposition or sputtering with an inorganic protective layer such as SiO x , SiN x O x or TiO x .
  • an inorganic protective layer such as SiO x , SiN x O x or TiO x .
  • This requires inorganic protective layers with a thickness of a few 100 nm.
  • Such an additional protective layer produced in a thin-film process can in some circumstances also provide sufficient stability for light-emitting panels according to the invention if the film material is otherwise less suitable for performing a protective function.
  • the necessary conversion dye also called phosphorus
  • the necessary conversion dye can be protected by the film itself against chemical influences. This can be ensured, for example, by a multilayer structure of the film.
  • the necessary dyes can be introduced between at least two layers of the materials mentioned, so that "above” and “below” the layer of dyes or phosphorus are sufficiently thick Protective material is present. Such a structure prevents gradual degradation, as can occur with dyes located near the film surface.
  • Degradation of the dyes is practically completely prevented by the additional coating of the two protective layers with an additive inorganic protective layer, that is to say, for example, with the SiO x - SiN x O x or TiO x layer which is a few 0J ⁇ m thick.
  • the protective film can also contain additional, more opaque transparent materials if they have special desired properties, such as high refractive indices. These are preferably present in layers so thin that their clouding does not endanger long-term stability, for example by choosing the thickness of the thin layers between a maximum of 1 micrometer and a maximum of 20 micrometers, and / or by selecting the thickness of the thin layers so that the resulting absorption is less than 15%, preferably less than 10%.
  • the production of a dye layer embedded between two layers can include, for example, that the two layers are laminated onto one another; Before lamination, the surface of at least one of the foils is sprinkled with dye, and dye can also be rolled into one of the layers.
  • a material with a (conversion) dye e.g. a mixture of dissolved Teflon AF and the necessary amount of dye
  • a conversion dye e.g. a mixture of dissolved Teflon AF and the necessary amount of dye
  • This can be done at temperatures between 200 ° C and 400 ° C, for example at temperatures between 250 ° C and 350 ° C.
  • the mixture of dissolved Teflon AF and the necessary amount of dye is replaced by a mixture of transparent silicone and the necessary amount of dye.
  • the top FEP film is not laminated on, but only rolled up because the silicone offers sufficient adhesion.
  • Multi-layer optically effective protective films can also be produced, for example with a first dye layer which has a converting action and a second dye layer (or filter layer) which acts as a filter.
  • conversion dyes which cannot be mixed with one another can also be used in different layers.
  • the conversion dyes or filter dyes do not have to be present over the entire surface of the film.
  • the screened protective film can show any pattern of two colors.
  • green LEDs it is feasible for green LEDs to convert from green LED to zone by zone, thus producing the well-known green-white pattern, for example, from signs.
  • At least one of the outer surfaces and / or one of the inner surfaces of the protective film, if any, is provided with flat optically active elements which act like lenses or prisms.
  • Such flat optical elements are, for example, fresnel-like refractive elements or micro-optical diffractive elements which are resolved into ring or strip zones. Both types of optical elements can be produced, for example, in fluoropolymers or in epoxy resin layers or in other plastics, for example by means of embossing.
  • Corresponding structures can be produced in the silicones discussed, for example, by applying a silicone layer to a carrier layer, that is to say, for example, to a fluoropolymer layer, then pressing an embossing tool into the silicone layer and finally at least partially curing the silicone layer.
  • the protective film can have structures for effecting a light deflection, for example by deep-drawing the film so that at least locally, for example, shell-like zones in the sense of the surfaces of cylindrical lenses and / or there are rotationally symmetrical lenses, these shell-like zones being backfilled with a suitable transparent optical material, for example with silicone.
  • the protective film can have additional elements for diffuse scattering of the light, such as, for example, micro hollow glass spheres.
  • optical elements mentioned differ, in terms of manufacture, essentially by the depth and fineness of the structures to be produced and thus by the manufacturing processes for the necessary tools. Methods for creating such structures are known.
  • the diffractive elements can in principle be constructed in two different ways.
  • the first type consists of a large number of finest, groove-like structures which are embossed, for example, into transparent (transmitted light elements) or non-transparent (mirror elements) material.
  • the dimensions of these structures are in the order of a few micrometers down to dimensions that are smaller than the wavelength of the light used.
  • the second type with corresponding dimensions, consists of non-transparent lines, which are applied to transparent material, for example, by sputtering metal and then photolithographically structuring the metal.
  • fresnel-like refractive elements are used, it is known that the desired optical effect becomes stronger for a given element depth with an increasing refractive index of the materials used. This means, for example, that when such optical elements are incorporated into the fluoropolymers discussed, which have a low refractive index between approximately 1.3 and 1.35, significantly deeper and / or finer-resolution structures must be produced than, for example, when using a silicone with a refractive index of up to 1.5. Even greater effect can be achieved by using an, if necessary additional, layer of the already discussed PI resist or another similar material with a refractive index from 1.65 to 1.9.
  • Diffractive optical elements have an optical behavior that depends on the wavelength of the light.
  • the PI resist discussed which is suitable for micro-optical refractive elements, has a refractive index which, for example, decreases continuously from blue to red light from 1.75 to 1.65.
  • these two facts mean that the optical formation is not at least simple with monochromatic, and therefore also white light with correspondingly constructed elements.
  • it can be advantageous in a multilayer film if the monochromatic light first passes through the bundling optics, optimized to the corresponding wavelength, and only then does it pass through the necessary color conversion layers.
  • Such a layered structure can be produced by lamination, etc., according to the above statements.
  • At least one diffusely scattering surface and / or one diffusely scattering layer can be used in addition to one of the structures described above. This can be achieved by roughening one of the existing outer and / or inner surfaces of the described optically effective protective film. Possible processes such as, for example, etching processes, sandblasting, brushing, etc. are well known for this.
  • a diffusely scattering thin or thick layer can also be produced, for example, by introducing a large number of small bodies scattering the light into a transparent silicone resin or into amorphous Teflon AF. It is advantageous if these bodies absorb the light that strikes them as little as possible, but only reflect them.
  • Diffuse light distribution can then be achieved through a large number of reflections even if the individual reflection is not diffuse.
  • Scattering bodies that well meet the requirement for the lowest possible absorption are, for example, micro-hollow glass spheres that are available on the market down to diameters of approx. 1 ⁇ m.
  • All of the film structures described can be deformed - at least up to 10% local elongation, but mostly significantly more. Such reshaping can take place, for example, by deep drawing. This fact can be used to locally reshape the protective film at least at one point in such a way that shell-like zones are created in the sense of the surfaces of cylindrical lenses and / or of rotationally symmetrical lenses and / or of prisms. If these shell-like elements are backfilled with a transparent material, this backfill acts like a corresponding refractive optical element.
  • a conversion film or diffuser film can also be produced, for example, also by extrusion of a mixture already containing the dye or diffusion body or by another suitable process.
  • the film is held by spacing elements at a distance from the light-emitting surface of the LED chips in such a way that there is no thermal bridge between the film and the chips.
  • spacer elements can be arranged in the film between the film and a carrier element that carries the LED chips and makes electrical contact Form of rods or webs made of a non-metallic thermally poorly conductive material, for example. Plastic or in the form of a transparent layer.
  • the LED chips are surrounded by pressure-resistant elements that protrude the LED chip at height with apertures or concave-like openings, and that the film is applied to the common surface of these elements as an additional protective film.
  • the film can also be attached to spacer elements attached between the elements or to thermally insulating spacers attached to an upper side of the diaphragm or concave mirror-like elements.
  • the film is a conversion film or a diffuser film, ie it contains fluorescent dyes and / or diffusers.
  • the fluorescent dye (it is also called conversion dye here) and / or the diffusers are embedded in a first layer structure.
  • a second layer structure is arranged on the side of the first layer structure facing the light-generating elements.
  • the first and the second layer structure each consist of one or more layers. All layers of the first layer structure and all layers of the second layer structure preferably each have a similar refractive index, ie the refractive index differences between layers within the first or second layer structure are small, for example a maximum of 0.1 or a maximum of 0.05.
  • the transition between a boundary layer of the first layer structure and a boundary layer of the second layer structure is not flat, but has boundary surfaces which form an angle or which are possibly undulated to the layering plane.
  • the transition forms a cross section "Zigzag" structure, that is, the interfaces alternately form a negative and a positive angle to the layering plane.
  • the angle does not have to be constant in the amount, but can possibly vary and, for example, also have a sawtooth-like cross section.
  • the efficiency of this arrangement can be increased even if the surface, ie the transition between the layer structure and an ambient medium, also contains non-flat interfaces.
  • the course of this transition can follow the course of the transition between the first and the second layer structure, so that the thickness of the first layer structure is approximately constant as a function of the position in the layer plane.
  • approximately constant means, for example, that the expansion in the z direction (ie the direction perpendicular to the layering level) does not vary by more than a third of the average thickness.
  • Particularly preferred Embodiments in which the position in the z direction of the transition between the first and the second layer structure and that of the transition between the first layer structure and the surrounding medium vary by a value which is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure. Then light guide effects within the first layer structure are practically prevented.
  • the structure according to the first sub-aspect thus brings an increased radiation efficiency for a given luminous output of the light-generating elements.
  • the concept of the first sub-aspect can also be used independently of the first aspect of the invention, for example by applying the above-described layer system with the first and second layer structure directly to an OLED (organic light-emitting element). It can also be implemented in any conversion film that can be used in any way. Such a conversion film still has, for example, a carrier film to which the layer system according to the invention, which may not be mechanically stable, is applied. Instead of a conversion film, the layer system according to the invention can also be implemented in a mechanically rigid conversion plate.
  • the comparatively small spectral width of the emission spectra of light-emitting diodes and the absorption spectra of conversion dyes is concerned, and the generation of a homogeneous radiation characteristic of the light-emitting panel.
  • the panel with an array of electrically contacted LED chips per LED chip or unit of several LED chips has a concave-like or diaphragm-like optical element through which the emitted electromagnetic Radiation can be concentrated to a comparatively small solid angle around an emission direction.
  • Such optical elements are drawn in the international patent application PCT / CH2004 / 000263 (in particular in FIGS. 3a-3h and their description) as well as in the Swiss patent applications 663/04 (FIGS. 1b-1d) and 1425/04. The content of these patent applications is expressly referred to in this regard, and the content thereof is hereby made part of this application.
  • the conversion film is arranged at a distance d from a carrier element carrying the LED chips and the optical elements.
  • the optical elements are shaped and / or arranged in such a way that subgroups of several LED chips or units of LED chips are formed, the emitted light of which coincides in the plane of the film - that is, at a distance d.
  • this allows LED chips with slightly different primary light wavelengths to be used in each subgroup if the film is a conversion film. Then the sum of the emission spectra of the LED chip can be relatively wide. This makes it possible to achieve a constant radiation characteristic with regard to brightness and wavelength (color) for the secondary light generated. This is particularly advantageous where a constant visual impression is important.
  • the film is a diffuser film and the LED chips are RGB chips with the appropriate mixture (ie chips with primary light emission in the colors red, green and blue, the spectrum of which complements white light or any color light ).
  • the embodiment according to the invention ensures that the panel really appears to the viewer as white and not on closer inspection as a superimposition of red, green and blue dots.
  • This variant is particularly advantageous in the case of screen-like structures, where the composition of the red, green and blue light sector (or pixel) is shown in Time function varies. It is also very suitable for panels in which the color of the lighting changes as a whole or in large sectors; These are used, for example, in airplanes, where the color of the lighting can vary between white, blue and red].
  • the conversion or diffuser film can be supplemented by a mask layer, which allows light to enter or possibly exit into the film or out of the film only at those points where the primary light rays cross. Edge effects can be hidden in this way.
  • Particularly preferred - but not mandatory - is the simultaneous use of both sub-aspects, i.e. the combination of the film with the first and second layer structure and the non-flat transition with the second sub-aspect explained above.
  • the film can be arranged such that there is no thermal bridge to the LED chips and that the film therefore remains comparatively cool.
  • This also allows the use of conversion dyes, the quantum efficiency of which drops sharply at temperatures around 50 ° C or at temperatures slightly above. In comparison to the prior art, significantly more conversion dyes are available, including particularly efficient and / or particularly inexpensive inorganic dyes.
  • a panel is provided with a carrier element and a multiplicity of unhoused LED chips, each LED chip or each unit being a small number of one another arranged LED chips is assigned a shell which contains the conversion dye and rests directly on the LED chip / the LED chips or one or more transparent protective layers surrounding them locally.
  • the thickness of the entire shell is such that it follows the shape of the chip.
  • the shell is produced, for example, in a thin film process.
  • the thickness is preferably less than the thickness of the — often flat — LED chip, preferably at least by a factor of 2, for example at least by a factor of 4. It is, for example, at most 10 ⁇ m, for example at most 5 ⁇ m or at most 2 ⁇ .
  • the volume of the layer containing dye per LED and associated pad for a wire bond does not exceed the volume of the LED chip by more than a little, for example by a factor of 2 or not at all.
  • the applied conversion dye is preferably applied so thinly that it is homogeneously distributed or contains a layer enriched in one layer, so that it is - if necessary after curing - so thin that it reproduces the shape of the chip homogeneously.
  • the thickness of the layer measured in a light emission direction over the chip does not vary by more than 30%, preferably not more than 20%, particularly preferably not more than 10%.
  • UV radiation is also referred to as "light” according to the definition used in this text
  • the conversion layer - it is generally used to convert the LED chip emitted short-wave light to a greater wavelength - preferably covers all open sides of the LED chips as evenly as possible.
  • the coating of the chips on a panel is applied simultaneously in a .batch 'process, for example in a vacuum using a mask, in such a way that defined zones are formed, in each of which a chip and possibly a contact pad / contact pads are embedded by the wire bonds that contact them /are.
  • the casing In addition to the at least partial frequency conversion of the electromagnetic radiation generated by the chips, the casing also fulfills a protective function.
  • the conversion dyes can be mixed with a suitable, optically transparent carrier material in such a way that, firstly, they are contained in sufficient concentration in the carrier material and secondly that the viscosity of the mixture is produced so that it can be sprayed on in thin layers. Since the organic dyes in particular have an ever better life, the better they are protected against water, water vapor and oxygen, optically transparent carrier materials such as transparent silicones or amorphous fluoropolymers, such as Teflon AF from Dupont, are used with advantage. When using the powdery inorganic dyes, this mixing is carried out by mixing into the carrier material (diluted with a solvent if necessary) (hereinafter also referred to as matrix material).
  • the dye grains have diameters of significantly more than one micrometer. It it is also possible to mix in nanostructured inorganic dyes, whose grain size is smaller than the light wavelength. With nanostructured dyes there is no light scattering on dye grains. Processes for the economical production of such nanostructured dyes are under development in many places worldwide.
  • organic dyes which are usually also supplied in powder form, the same procedure is of course possible in principle.
  • organic dyes can also be dissolved in suitable solvents in a very low concentration, ie in a few percent by volume and less, and mixed in this form with the carrier material. This can be done particularly efficiently if the carrier material can be diluted with the same solvents.
  • many organic dyes and many suitable silicones can be dissolved in toluene.
  • the optically transparent carrier material contains the dye in such a way that the light is not scattered.
  • the use of dissolved organic dyes is particularly preferred since no scattering is caused.
  • the sprayed mixture typically contains at most a few percent dye, often less than 1% or even less than 0.1%.
  • a spraying process can be carried out in such a way that the entire surface of an LED array can be coated with a thin layer of the sprayed material at almost the same time.
  • the conversion dyes can also be used with a so-called thin-film process such as vapor deposition or sputtering or all of their further developments and varieties such as for example chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), each including subspecies such as laser CVD etc., plasma coating, laser coating, etc. can be applied.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • each including subspecies such as laser CVD etc., plasma coating, laser coating, etc.
  • the layer thicknesses mentioned are generally only a few nm to a few 100 nm, for example up to a maximum of 500 nm.
  • the organic dyes in particular have an ever better lifespan, the better they are protected against water, water vapor and oxygen, it is advantageous if an appropriate protective layer is created in the course of the vacuum coating - and if possible without breaking the vacuum.
  • One material is then the conversion dye or a conversion fragments mixture, while the other material is an optically transparent protective material such as SiO x or SiO x N x .
  • the optically transparent protective material is at least directly on the dye layer, but better below and above the dye layer and even better with the dye of a layer is mixed.
  • the process can then proceed, for example, in such a way that first of all an SiO x or SiO x N x layer of some 10 nm thickness is generated.
  • Such a layer or layer sequence with a protective material such as SiO x or SiO x N x has the further advantage that, of course, not only the organic dyes, but also all the components underneath them, in particular the LED chip and its electrical connections, are optimally opposed protects chemical environmental influences, so that the life of the entire LED array can be expected to improve even further.
  • the conversion envelope - for example with the aid of a mask - is applied to the panel with chips that have already been electrically contacted (bonded). The chip and the electrical contacts are then completely protected from oxygen and passivated. If the conversion sleeve is applied in a vacuum, all vacuum processes can take place without breaking the vacuum.
  • the conversion envelope is applied to the panel which has not yet electrically contacted or only electrically contacted (through which the bonding 'is attached) on its underside. Then the electrical contacts for the second electrical contact - both the "pads" and a contact area on the front of the chips - must be left free when the conversion sleeve is provided.
  • a subsequent contact can be made, for example, using a transparent, electrically conductive material, which is applied locally to a surrounding area of the chip, or by means of a metallic material forming radial stripes on the chip, which saves on the one hand a wire bond and on the other hand enables a potential to save space: a contact pad can be used as a Narrow strip surrounding the chip and need not be present as a relatively large area formed next to the chip, which makes it possible to increase the packing density, at least in embodiments in which it is not limited by the heat removal.
  • the resulting color conversion layer is only present at defined locations on the LED array. It can also be useful, for example, if the color conversion layer is "misused" at certain other locations on the carrier to produce a locally passivated location, for example in the sense of a solder stop.
  • Such a structured color conversion layer can be produced by the application process using a so-called shadow mask, which only allows access to the areas to be coated. Since the accuracy with which such a mask has to be manufactured and applied must be in the range of up to ⁇ 0.1 mm, such a process is easy to master.
  • a shadow mask can - with a correspondingly somewhat reduced accuracy - also be used in the spraying process described above.
  • fluorescent dyes or “phosphors” always mean dyes that absorb electromagnetic radiation of a first wavelength and then emit electromagnetic radiation of a second wavelength, which is different from this.
  • Organic or inorganic dyes are known as such fluorescent dyes.
  • Inorganic dyes of this type exist in large numbers.
  • Examples are: Y 3 Al 5 O ⁇ 2 : Ce, ZnS: Cu; Mn, ZnS: Cu or SrGa2S4: Eu2 + etc.
  • organic dyes of this type also known as laser dyes.
  • examples are the dyes known by the trade name Lumogen from BASF, Yellow 172 from Neeliglow, India, and laser dyes such as Coumarin 6, Coumarin 7, Fluorol tGA, DCM, pyridine 1,
  • FIG. 1 shows a cross section through a film for a light panel according to the first sub-aspect of the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 a shows a view of a possible course of the transition between the first and the second layer structure in a film according to FIG. 1.
  • Fig. Lb shows a schematic cross section through a light panel according to the first aspect of the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic cross section through a section of a light panel according to the second sub-aspect of the first aspect of the invention.
  • Fig. 4 and Fig. 4a shows a cross section through the principle of a reflex OLED film.
  • Fig. 5 shows a detail of a light panel according to the second aspect of the invention in cross section.
  • 6 and 6a each show a section of a further light panel according to the second aspect of the invention.
  • Figures 7a to 7e show the schematic, not to scale cross-sections of different versions of protective films with a single-layer coloring or Phosphor layer for light conversion or filtering of a light emitting panel according to the first aspect.
  • FIGS. 8a to 8d show the schematic cross-sections, not to scale, of different designs of protective films with different colored or phosphor layers arranged in multiple layers for light conversion and / or filtering.
  • FIGS. 9a to 9d show the schematic, not to scale, cross sections of different versions of protective films with single-layer or multi-layer in zones or pixel-like different coloring or phosphor layers for light conversion and / or filtering.
  • FIG. 10 shows the schematic cross-section, not to scale, of a protective film with coloring or phosphor layers for light conversion or filtering and an additional layer for diffuse light scattering.
  • Film 10 shown in FIG. 1 serves to convert at least partially electromagnetic radiation (light, UV light) emitted by light-emitting elements into light of a longer wavelength.
  • primary radiation strikes the film from below and is emitted as secondary radiation towards the top (“towards the front”).
  • the film has a first layer structure consisting of a first protective layer 11, a conversion layer 12, ie a layer which is transparent per se at least one conversion dye, and a second protective layer 13.
  • a second layer structure is present, which in the example shown consists of a single layer, namely the reflection layer 15 consists.
  • the transition between the second protective layer 13 and the reflection layer 15 is not flat, but instead consists of inclined surfaces, that is to say an angle to the layering plane - that is to say the horizontal.
  • the surfaces can run in such a way that four partial surfaces (left drawing) or six partial surfaces (right drawing) run in the manner of pyramids towards a tip 13.1.
  • the pyramid shape shown is not mandatory; For example, there may also be uneven surfaces or a different shape may be selected. It is only important that a majority of the interfaces forming the transition form an angle to the layering level. Under certain circumstances, this can also be achieved by a wavy transition.
  • the angle of the interfaces to the layering plane - that is, in the arrangement shown, the angle between the interface normal and the vertical - is between 10 ° and 60 °, preferably at least 12 ° and at most 45 °.
  • Air - that is, the outer surface of the film has interfaces which form an angle with the horizontal.
  • the angle of these interfaces to the layering plane is preferably between 12 ° and 45 °.
  • the courses of the two transitions mentioned can be independent of one another.
  • the interfaces are designed such that the variation in the position of the transition between the first and second layer structure - that is to say the pyramid height corresponding to the "deflection" in the z direction - is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure is.
  • the deflection can, for example, correspond to the amount of the thickness of the first layer structure.
  • the course of the interfaces must be correlated.
  • the areas follow one another as drawn in FIG. 1, so that the z-dimension of the first layer structure remains constant.
  • the lateral light transport is completely prevented.
  • the conversion layer - apart from the conversion dyes - can be a fluoropolymer, for example a plastic available under the trade name Teflon.
  • the first and second protective layers can also consist of Teflon, for example.
  • the protective layers can also be made of materials that have a slightly higher refractive index, for example between 1.4 and 1.5. Glass or SiO x , which is applied by vapor deposition or sputtering, is also suitable. Another possible material is sprayed silicone.
  • the layers of the first layer structure must generally have the following properties:
  • the first and second protective layers should be water and water vapor tight and only allow a small diffusion of molecular oxygen. Ideally, they are thin compared to the layer containing the dye.
  • the reflection layer or the layer of the second layer structure is / are transparent like the first and second protective layers and has / have a high refractive index, for example 1.6 ⁇ «.
  • the polyimide reflective layer consist.
  • the reflection layer can be very thin, for example 10 ⁇ m or less, and is therefore a significantly poorer one
  • transmissivity for example a transmissivity of at least 90% with a thickness of 20 ⁇ m.
  • the efficiency of the film is even better if the reflection layer has an even higher refractive index.
  • transparent materials with refractive indices well above 2, for example GaP, GaN, SiC, or the so-called HMO glasses (heavy metal oxide glasses).
  • HMO glasses heavy metal oxide glasses
  • some of these materials are thin-film materials (i.e. can currently only be applied using thin-film processes). Since the thickness of the reflection layer has to compensate for the “stroke” of the conversion layer (ie the amplitude of the change in the z position of the transition between the first and second layer structure), this means a very small stroke and therefore preferably a very thin conversion layer of up to less than 1 ⁇ m.
  • Suitable dyes i.e the amplitude of the change in the z position of the transition between the first and second layer structure
  • the total layer thickness of the layers of the first layer structure is, for example, between 10 ⁇ m and 200 ⁇ m, preferably less than 100 ⁇ m.
  • the thickness of the reflection layer varies in the illustrated embodiment as a function of the x and y position; it can also be between 10 ⁇ m and 200 ⁇ m. If the entire film is thin, the film is applied to a transparent carrier (for example 1 mm acrylic glass).
  • the second protective layer 13 can also have a high refractive index; it then belongs to the second layer structure.
  • all layers should have high long-term stability, i.e. show no yellowing and no embrittlement.
  • the loss in transmissivity for example, is a maximum of 10% after an operating time of 100,000 hours at 50 ° C. The materials do not become brittle under the same conditions with an operating time of 100,000 hours at 50 ° C.
  • the mode of operation of the conversion film is as follows (see also the sketched beam path in Fig. 1): electromagnetic primary radiation entering from below - for example blue or ultraviolet light or also visible light of a different wavelength - couples through the reflection layer and hits the dyes in the conversion layer. Longer-wave light is emitted here in all directions. A considerable part of the longer-wave secondary light emitted to the rear (ie in the direction back to the light-generating elements) is refracted by the transition structure 13 in such a way that the angle to the layer plane becomes flatter and that at the lower boundary surface of the reflection layer - that is generally that Interface between the reflective layer and air - much of the light is reflected.
  • That light is then broken again at the transition to the first layer structure and is only reflected back to a small extent as it arrives almost perpendicular to the inclined surfaces due to the first refraction.
  • the light can propagate unhindered through the layers of the first layer structure and due to the small refractive index of the layers of the first layer structure and the sloping surfaces in the transition area to the surrounding medium, a large percentage is also radiated forward.
  • Model calculations show that the percentage of light emitted to the front can be increased from less than 25% (flat conversion film with a refractive index of approx. 1.5) to approx. 40-50% by using a first and a second layer structure with refractive indices 1.3 or 1.8 are used and the transition between the first and second layer structure consists of interfaces tilted by approx. 20 ° -30 ° with respect to the horizontal.
  • the percentage can be increased to approximately 70% by, as in FIG. 1, also assembling the outer surface of the film from oblique pyramid surfaces (angle: optimally also between 20 ° and 30 °).
  • the second protective layer in particular is optional and can be omitted.
  • the film 10 can have a diffuser layer, i.e. instead of a dye, diffusers are present in the corresponding layer.
  • diffusers are present in the corresponding layer.
  • the secondary light reflected back cannot propagate unhindered to the outside but can be scattered again by the diffusers, so it serves as primary light again.
  • a light panel according to the invention is shown schematically in FIG. 1b.
  • the panel has a carrier element 101 made of, for example, an electrically conductive material and a layer sequence 102 of electrically insulating and electrically conductive, structured layers.
  • Electrically conductive, structured layers can, for example, form a specific pattern of conductor tracks and contact pads.
  • the structured electrically conductive layers and possibly also the carrier element serve for the electrical contacting of the LED chips 103, for which purpose wire bonds 109 may also be required.
  • the structuring of the conductive layers is not shown in the figure.
  • the light panel has one or more base elements 104 mechanically connected to the support element with aperture or concave mirror-like openings 105.
  • the openings have a parabolic mirror-like surface which, together with the aperture effect, contributes to the fact that light is directed towards the front (in the figure after above) is emitted.
  • a film 100 with conversion dye is either located directly on a surface of the base elements or is arranged at a distance d from the carrier element by spacing elements.
  • the film drawn in FIG. 1b is designed in such a way that only the transition between the first and second layer structure consists of inclined surfaces.
  • Spacers are preferably thermally well insulating (ie thermal conductivity less than 1.5 W / m, preferably less than 0.5 W / mK) and can be present in the form of blocks, rods, bars or similar on the base elements 104 (rods 106) or directly Support on the carrier element or its coatings (webs 107). They can also be designed as a transparent layer 108, which covers the base elements.
  • Such a frame can also be open on several sides (to all sides), for example only from a limited number, for example, four "posts". Open to the side is advantageous because air can then circulate and the heat transport to the film becomes even smaller.
  • the spacing, thermal and therefore mostly also electrically insulating elements 106, 107, 108 can also be used in connection with conversion foils which do not have the described structuring with the first and second layer structure.
  • the thermal decoupling between a film spanning a large number of LED chips and the LED chips or their carriers and possibly base elements is then important. As already explained, this allows the use of dyes, the efficiency of which, as a function of temperature, rapidly decreases at temperatures around 50 ° C.
  • the film according to FIG. 1 can also be used without the basic elements shown in FIG. 1b.
  • the bundling effect that these basic elements have is not absolutely necessary, but it increases the efficiency of the coupling into the first layer structure.
  • the light panel in FIG. 2 is also constructed, for example, according to the principle described in FIGS. 1, 1a and 1b. It differs from the light panel of Fig. Lb in the following properties:
  • the carrier element 23 is locally spatially bent into shells or - if it is not mechanically rigid - is applied to a locally shell-shaped support element.
  • a module can consist, for example, of four to sixteen LED chips - and of the diaphragm-like or concave mirror-like ones Elements 24 bundled light beams at a distance d from the carrier element.
  • the distance d corresponds to the distance of the film from the actual panel base body 22.
  • the entire carrier element can have a large number of grid-like, shell-like sections, each with a subset of LED chips.
  • the conversion film 20 (or diffuser film) optionally has an additional mask layer 21 on its rear side (i.e. the side facing the LED chips), which only lets light through where the actual light rays are directed. This will hide any edge effects.
  • the LED chips emit in different wavelengths. This does not mean that each chip in a sub-group must necessarily have an individual wavelength, but that at least two chips in a sub-group have different emission wavelengths. Examples of a subgroup of nine chips are wavelengths of 455, 457.5, 460, 462.5, 465, 467.5, 470, 472.5 and 475 nm if the film is a conversion film or 3 red, 2 green and 4 blue chips if the film is a diffuser Slide is.
  • hollow-gel-like or diaphragm-like optical elements 24 can also be interconnected, that is to say parts of a base element 14 of the type shown on the right in FIG. 1b.
  • FIG. 3 The advantage of this procedure for the case of several blue light-emitting LED chips is illustrated in FIG. 3.
  • absorption spectrum 33 of a conversion dye Also shown is the absorption spectrum 33 of a conversion dye.
  • the illustration shows that if the central emission wavelength of an individual LED chip is shifted, for example due to temperature change, aging, etc., the percentage of light absorbed can also change massively, for example by less than 5 nm. This will - as can be observed in practice - the color of the light panel perceived by the viewer change markedly, for example the panel can be perceived as green instead of white.
  • the color of the light panel perceived by the viewer change markedly, for example the panel can be perceived as green instead of white.
  • FIG. 4 shows an organic light-emitting element (OLED) with a conversion film according to the invention laminated on.
  • This layer is surrounded by a first, reflective electrode 48 (for example made of aluminum) and a second, transparent electrode 46 (for example ITO).
  • Laminated onto it - or attached in some other way - is the reflection film with a second layer structure consisting of reflection layer 45 and a first layer structure consisting of the optional second protective layer 43, the conversion layer 42 and the first protective layer 41.
  • FIG. 5 shows a cross section through a section of a light panel according to the second aspect of the invention.
  • a carrier element shown in simplified form. 51 - it can be a metallic substrate provided with an insulating layer and a structured conductor layer, a flex circuit board provided on both sides with a (partially structured) conductor layer - for example made of Kapton - or some other suitable substrate - is an unencapsulated LED chip 52 shown.
  • the LED chip is drawn in a typical form, in which, in addition to a front emission surface 52.1, it also has lateral oblique emission surfaces 52.2. The percentage of light emitted by these side emission surfaces is substantial.
  • the whole structure including wire bond 53 e.g. gold wire, diameter 25 ⁇ m
  • wire bond 53 is local - i.e. in a
  • the Environment of the LED chip 53 - provided with a layer structure.
  • This consists of an optional first protective layer 54a, a layer 54b containing the conversion dye and also an optional second protective layer 54c.
  • the thickness of the entire layer structure is such that it follows the shape of the chip, that is to say that it is not or not significantly thicker than this.
  • the total thickness is, for example, less than or equal to 2 ⁇ m.
  • the first and second protective layers exist for example each made of SiO x , the conversion layer 54b made of co-sputtered SiO x and dye.
  • the entire panel is provided with the layer structures at the same time in a batch process.
  • a mask is positioned in such a way that defined zones are created, in each of which a chip and, if necessary, the contact pad of the wire bond already attached is embedded.
  • the first protective layer, the conversion layer and, if necessary, the second protective layer are then sputtered on in sequence.
  • another vacuum coating process can also be used. All processes can run without breaking the vacuum. Instead of vacuum coating processes, other manufacturing processes are also conceivable, for example knife application using a mask.
  • the layer structure (“the conversion envelope”) not only covers the surroundings of each LED chip with the layer 54b containing the conversion dye, but also the entire panel or at least several partial areas of the panel that have LED chips.
  • the mask can be omitted during manufacture, and pads for subsequent contacting of the entire structure (ie for connecting the panel or parts thereof to an electrical voltage source) can either be covered or the conversion envelope can be broken through at the appropriate points
  • the depicted variant with the locally delimited envelope is particularly useful if there are metallic reflectors in the vicinity of each chip, which provide for heat dissipation. In this case, coating these reflectors with a conversion layer is generally rather undesirable.
  • Illuminated panels according to the second aspect of the invention have the advantage that they can be very thin, including the conversion layer, and that a layer structure can be provided in a simple batch process, which can perform both a conversion and a protective function.
  • FIG. 6 shows a light panel according to the second sub-aspect of the second aspect of the invention.
  • the conversion envelope - i.e. however, the layer structure comprising optional first and second protective layers 64a, 64c and conversion layer 64b is designed such that the front contact surface 62a of the chip 62 is free of it.
  • the layer structure also does not cover contact areas ('contact pads') of the carrier element 62 (i.e. the substrate).
  • there is a transparent, electrically conductive layer 65 which locally covers the chip and its surroundings and establishes electrical contact between the peripheral contact surfaces of the carrier element and the front contact surface 62a of the chip.
  • this embodiment has the advantages that no wire bond is required and that there is a potential to increase the packing density.
  • a method for applying the conversion envelope can be configured as follows:
  • the chips are positioned on the carrier element, whereupon the rear contact surface 62b of the chips is connected to a corresponding contact surface of the carrier element by means of a die bond process.
  • a first and a second mask 66 and 67 are then positioned such that only one area around each chip is exposed, but the front contact surface 62a of the chips and also the contact pads of the carrier element are covered.
  • a representation of the two masks 66, 61 can be found in the upper drawing of the figure 6.
  • the second mask 67 has a shielding element 67b, which is held, for example, by a few radially extending wires 67c.
  • the shielding element 67b can rest on the chip since there are no wire bonds which could be damaged by the mask.
  • the layers of the conversion envelope are applied in a vacuum batch process, such as by sputtering. Then the second mask 67 is pivoted away, exposing the front contact surface of the chips and the contact pads. The coating is then carried out using ITO or another transparent, electrically conductive material. The vacuum is preferably not broken during the process.
  • the first mask 66 can possibly be omitted in the manufacturing process, namely when all LED chips (or all LED chips of a partial area) are electrically connected in parallel. Another alternative is to contact by means of a narrow metallic strip running radially in the area of the LED chip.
  • each chip of a panel and each corresponding mask part in the x and y directions must be within a maximum of + 70 ⁇ m. This is still achievable even for large panels.
  • the front contact surface of the chips to be shaded has a diameter of, for example, 120 ⁇ m. So that the radial wires do not cause unwanted open paths in the conversion envelope, they should be kept a minimum distance from the chip. The wires are therefore bent accordingly.
  • FIG. 6a embodiment is drawn according to the principle of Figure 6.
  • the drawn section from a light panel 160 has an LED chip 162 applied to a substrate 161.
  • a transparent, electrically conductive layer 165 (for example ITO) is located thereon, which brings about an electrical contact between the front chip contact surface 162a and a peripherally arranged contact pad.
  • the transparent, electrically conductive layer 165 is structured, for example, with the aid of a mask corresponding to the first mask from FIG. 6.
  • contact can also be made via strip-shaped, metallic elements, for example via aluminum strips.
  • the entire structure is provided with a layer system which is applied to a carrier, namely a carrier film 166a - here made of amorphous Teflon.
  • the layer system is the layer system described above with a second layer structure 166b (high-index reflective layer) and a first layer structure 166c (conversion layer and optionally protective layers made of, for example, Teflon or SiO x ).
  • the layer system is preferably applied flat, ie it covers at least a partial area of the entire panel, which contains a plurality of LED chips.
  • the conversion film (consisting of carrier film 166a and layer system) can be produced over a large area and subsequently applied hot to the panel so that it follows the shape of the chip. This can be done using a die or a gas with a slight positive pressure. It is best to cover the entire area of the LED panel with the conversion film and, where necessary, to subsequently remove the film locally by etching, or lasering or cutting and peeling (or similar).
  • the conversion film addresses the problem of the light reflected by the conversion dye, which is also present in the embodiments of FIGS. 5 and 6. It must be prevented that a large part of the secondary light is simply swallowed again by the chip.
  • the conversion film of Figure 6a acts like that Embodiment of Fig. 1 and brings a strong increase in the proportion of coupled secondary light.
  • the conversion film can - as an example only - be produced as follows:
  • a shaped surface with pyramids (according to FIG. 1 and FIG. La or comparable) is used. Such existent, for example in the form of anisotropically etched silicon. This is coated with a thin film, which later enables the film to be removed. Then the conversion layer or the first layer structure is produced, for example, by co-sputtering. The structure is then filled with the reflection layer (i.e. the second layer structure), for example in the form of a resist made of polyimide, or a sol-gel process for HMO glass. Then the carrier film made of transparent Teflon is laminated onto the resulting flat surface, and the mold is pulled off and may be reusable.
  • the reflection layer i.e. the second layer structure
  • the carrier film made of transparent Teflon is laminated onto the resulting flat surface, and the mold is pulled off and may be reusable.
  • the sequence of layers exchanged between the ITO layer and the conversion layer in comparison to FIG. 6a in FIG. 6a can of course also be used in embodiments in which no layer system structured according to the invention with the first and second layer structure is used.
  • the conversion film of FIG. 6a can also be used in the construction analogous to FIG. 5, the conversion film then being used in places of any that may be present Wire bonds can have corresponding recesses so that the contacts are not damaged during application.
  • the possible construction of conversion foils according to the first aspect of the invention is discussed in the following figures.
  • the films according to the figures can - but do not have to - be designed in addition to the drawn features according to the first sub-aspect and thus have structures which contain a first and second layer structure, interfaces between the first and second layer structure forming an angle with the layering plane or are curled.
  • the foils can also be used according to the second sub-aspect of the first aspect.
  • FIG. 7a shows the schematic cross-section, not to scale, of a two-layer protective film, the first layer 211 in the surface area protected by the second layer 212 containing dye or phosphorus 213 for light conversion or filtering.
  • the two layers 211 and 212 consist of one. highly transparent, long-term stable protective film, for example made of Dupont FEP or PFA films available on the market.
  • the amount of dye 213 required for the desired conversion or filtering of a light color is introduced into the film 211 on one side.
  • This introduction can take place, for example, in such a way that the necessary dye 213 is sprinkled onto the foil 211, which is heated beyond its glass point (in our example, therefore, to about 300 ° C.) and rolled in with slight pressure.
  • the total thickness of the film 211 is, for example, between approximately 50 to 200 ⁇ m, that of the layer containing dye 213, for example, between 20 to 100 ⁇ m.
  • the second film 212 which is likewise heated, for example between 20 and 100 thick, is laminated on directly after this process.
  • a disadvantage of the structure according to FIG. 7a can be that it is difficult to maintain a large homogeneity of the dye distribution over the entire film surface.
  • FIG. 7b The schematic, non-scale cross section of a protective film shown in FIG. 7b eliminates this possible disadvantage.
  • This protective film also essentially consists of two layers 211 and 212 of a highly transparent, long-term stable protective film, for example of FEP or PFA films from Dupont available on the market. The same can apply to transparent layers of the protective films of the embodiments described below.
  • other film materials known per se, for example are also suitable
  • the dye 213 required for color conversion or filtering is homogeneously mixed into a suitable matrix material 214. This mixing process takes place independently and with great accuracy.
  • the matrix material 214 can consist, for example, of highly transparent, dissolved amorphous Teflon AF from Dupont or of a highly transparent, highly viscous silicone.
  • the two foils 211 and 12 are prepared on one side, for example by means of etching or a suitable plasma treatment, in such a way that silicone adheres to them. Prepared foils are available directly from Dupont.
  • the structure according to FIG. 7b is produced, for example, by applying the homogeneous mixture of dye 213 and matrix material 214 to the film 211 in a homogeneous thickness using a suitable method such as, for example, doctor blades.
  • Teflon AF is used as the matrix material
  • the solvent is then driven off, which can happen at temperatures of approx. 100 ° C.
  • the second film 212 is then laminated on at temperatures in the region of approximately 300 ° C.
  • the silicone may at first be partially cured.
  • the second film 212 is then laminated on and the silicone is cured.
  • the thickness of the foils 211 and 212 are, for example, between approximately 20 to 200 ⁇ m, that of the matrix layer 214 containing dye 213, for example, between 20 to 100 ⁇ m.
  • FIG. 7c shows a protective film structure according to FIG. 7b, the protective function and long-term stability of which is improved by the entire film, with a suitable vacuum method such as sputtering or vapor deposition, subsequently on both sides with an additional inorganic protective layer 215, some 0J to 10 ⁇ m thick is coated, for example, from SiO x or SiN x O x .
  • a suitable vacuum method such as sputtering or vapor deposition
  • an additional inorganic protective layer 215 some 0J to 10 ⁇ m thick is coated, for example, from SiO x or SiN x O x .
  • a one-sided coating with an inorganic protective layer is also possible.
  • the structure according to FIG. 7d differs from that according to FIG. 7c in that the two layers of inorganic protective material 215 are located in the interior of the film in the immediate vicinity of the matrix material 214 mixed with dye 213.
  • the protective film according to FIG. 7d is produced, for example, by providing the two films 211 and 212 with the inorganic protective layer 215 on at least one side before the composite is subsequently created.
  • FIG. 7e shows a structure according to FIG. 7c, in which the two external inorganic protective layers 215 are protected against cracking by two additional layers 216.
  • the two additional protective layers 216 are, for example, also made of FEP film, a thickness of 10 to 50 ⁇ m providing sufficient protection.
  • FIG. 8a shows the schematic, not to scale, cross section of a multi-layer protective film, the first layer 221 in the surface area protected by the second layer 222a containing dye or phosphorus 223a for light conversion or filtering.
  • the second layer 222a in turn contains dye or phosphor 223b in the surface area protected by the next layer 222b for light conversion or filtering.
  • Such structures as shown in FIG. 8a but also in FIGS. 8b, 8c, 8d, with several layers of color are useful, for example, if a gradual color conversion - for example from ultraviolet to blue and then from blue to white - is to take place and / or if, for example, after a color conversion, excess unconverted light is to be filtered out.
  • the dyes 123a and 123b are introduced and the foils 121 with 122a and 122a with 122b are joined together, for example, in layers as described in the structure according to FIG. 7a.
  • a disadvantage of the construction according to FIG. 8a can, under certain circumstances, be that it is difficult to have a large homogeneity in the distribution of the dyes 223a and 223b to be observed over the entire film surface.
  • This protective film also essentially consists of layers 221, 222a and 222b of a highly transparent, long-term stable protective film, for example of FEP or PFA films from Dupont available on the market.
  • the dyes 223a and 223b required for color conversion or filtering are homogeneously mixed into suitable matrix materials 224a and 224b. This mixing process takes place independently and, for example, with great accuracy.
  • the matrix materials 224a and 224b can consist, for example, of highly transparent, dissolved amorphous Teflon AF from Dupont or of a highly transparent, highly viscous silicone.
  • the foils 221, 222a and 222b are prepared on one side, for example by means of etching or a suitable plasma treatment, in such a way that silicone adheres to them. Prepared foils are available directly from Dupont.
  • the structure according to FIG. 8b is produced in layers according to the procedure described with reference to FIG. 8b.
  • the thickness of the foils 221, 222a and 222b are, for example, between approximately 20 to 200 ⁇ m, that of the matrix layers 224a and 224b containing dye 223a and 223b, for example between 20 to 100 ⁇ m.
  • FIG. 8c shows a protective film structure according to FIG. 8b, the protective function and long-term stability of which is improved by the entire film subsequently, using a suitable vacuum method, such as sputtering or vapor deposition is coated on both sides with an additional, some OJ to 10 ⁇ m thick, inorganic protective layer 225, for example made of SiO x or SiN x O x .
  • a suitable vacuum method such as sputtering or vapor deposition
  • inorganic protective layer 225 for example made of SiO x or SiN x O x .
  • the structure according to FIG. 8d differs from that according to FIG. 8c in that the two layers of inorganic protective material 225 are located in the interior of the film in the immediate vicinity of the matrix material 224a or 224b mixed with dye 223a or 223b.
  • the protective film according to FIG. 8d is produced, for example, by providing the two films 221 and 222b with the inorganic protective layer 225 on at least one side before the composite is subsequently created.
  • FIG. 9a shows a protective film constructed essentially according to FIG. 7b, which differs from the film according to FIG. 7b in that the mixture of dye and matrix material 233 is not present over the entire area, but only in zones.
  • the gaps 234 between the zones 233 can at most be filled with the unmixed matrix material or simply be hollow.
  • zone-by-zone application of the mixture 233 and at most the unmixed matrix material into the intermediate spaces 234 can be carried out, for example, in the manner of screen printing, that is by knife coating with appropriate screens.
  • a structure according to Fig. 9a is for this suitable a two-tone based on monochromatic light
  • Figure 9b differs from Figure 9a in that zones 233a and 233b contain different dyes. Of course, there may be other zones with other dyes.
  • a structure according to FIG. 9b is suitable for producing a multicolored appearance of the protective film based on monochromatic light.
  • FIG. 9c essentially differs from FIG. 9b in that the zones with different dyes 233a and 233b, similar to that shown in FIG. 8b, are arranged in different layers, at most separated by an intermediate film 232a. Firstly, this can have the manufacturing advantage that a very sharp transition from color to color can be produced. Second, zones 233a and 233b can - as shown in the left part of FIG. 9d - partially overlap, which can be used to produce additional color effects.
  • FIG. 9d illustrates the possibility of arranging zone mixtures 233a and 233b or zones with unmixed matrix material 234a and 234b in different positions in a pixel-like manner in such a way that several such pixels are shined through by the light of an LED - indicated in FIG. 9d below ,
  • the pixels of different layers can partially or completely overlap.
  • the light color of the LED is blue and there are, for example, mixtures 233a and 233b, one of which converts the blue light to green and the other the blue to red, one can determine the viewing distance appropriate pixel fineness for the viewer - standing and not dynamically changeable - generate colored images with almost any color variety.
  • FIG. 10 shows a protective film constructed in principle according to FIG. 7a, which, in addition to the optical function of light color conversion or filtering, fulfills the optical function of diffuse light scattering.
  • the film could of course also be constructed in accordance with any one of FIGS. 1a to 4d.
  • a further layer 254 is present in addition to the other structure of the protective film.
  • this layer 254 is intended to produce diffuse light, it advantageously consists of one of the previously highly permanently transparent, long-term stable plastics such as FEP or silicone. This is due to the fact that films that become cloudy do not also generate diffuse light but mainly absorb light. In our case, however, light absorption is completely undesirable.
  • Diffuse light with as little absorption as possible can be generated by the highly transparent plastic 254 with, for example, metallic bodies 255 that reflect the light as completely as possible, or with, for example transparent, partially light-transmitting and partially reflecting hollow bodies 255, for example hollow glass spheres, are filled.
  • such a layer for example filled with hollow glass spheres, for example, dissolved amorphous Teflon AF or highly viscous silicone is mixed with hollow glass spheres available on the market, then applied, for example by means of doctor blades, to the otherwise finished protective film and then cured.
  • hollow glass spheres for example, dissolved amorphous Teflon AF or highly viscous silicone is mixed with hollow glass spheres available on the market, then applied, for example by means of doctor blades, to the otherwise finished protective film and then cured.

Abstract

A light-emitting panel comprises a plurality of non-housed LED chips and a foil which covers a plurality of LED chips so as to protect them from outside influences and to influence at least in part the light emitted by the LEDs, for example converting its frequency. The foil is a conversion foil or a diffuser foil, i.e. it contains fluorescent dyes and/or diffusers. The fluorescent dye (also called conversion dye) and/or the diffusers are embedded in a first laminated structure. A second laminated structure is arranged on the side of the first laminated structure that faces the light-generating elements. All the layers of the first laminated structure and all the layers of the second laminated structure have a similar refraction index. On the contrary, there is a substantial difference between the refraction index of the layers of the first laminated structure and the layers of the second laminated structure. The refraction index of the layers of the first laminated structure is low, for example lower than 1.5, and the refraction index of the layers of the second laminated structure is as high as possible, for example higher than 1.5. The transition between a boundary layer of the first laminated structure and a boundary layer of the second laminated structure is not flat but rather has boundary surfaces which form an angle to the lamination plane or are possibly corrugated. According to another aspect of the invention, non-housed LED chips may be covered with a sheath which contains the conversion dye.

Description

LICHTEMITTIERENDES PANEEL UND OPTISCH WIRKSAME FOLIELIGHT-EMITTING PANEL AND OPTICALLY EFFECTIVE FILM
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Leuchtpaneelen mit LEDs, d.h. von abschnittsweise flächigen Lichtgebern mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterdioden (LEDs) als Lichtquellen.The invention relates to the field of light panels with LEDs, i.e. of sectionally flat light transmitters with a plurality of light-emitting semiconductor diodes (LEDs) as light sources.
Solche Leuchtpaneele, die auch den Vorteil der Konfektionierbarkeit haben, sind aus den Schriften EP 1 055 256 und WO 03/023857 sowie auch aus der WO2004/102064 bekannt.Such light panels, which also have the advantage of being able to be assembled, are known from the documents EP 1 055 256 and WO 03/023857 and also from WO2004 / 102064.
Bei solchen Leuchtpaneelen gehören die Langzeit-Stabilität auch unter schwierigen Bedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Schadstoffeinwirkung) sowie die kostengünstige Herstellbarkeit zu den Grundvoraussetzungen. Ausserdem existiert für viele Anwendungen ein Bedarf, das relativ schmalbandige Emissionsspektrum von LEDs den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen. Bei der Frequenzkonversion mittels Fluoreszenzfarbstoffen sollten einerseits ein möglichst hoher Wirkungsgrad und andererseits eine möglichst gute Homogenität erreicht werden.With such light panels, long-term stability, even under difficult conditions (temperature, humidity, exposure to pollutants), as well as cost-effective manufacture, are among the basic requirements. There is also a need for many applications to adapt the relatively narrow-band emission spectrum of LEDs to the respective needs. With frequency conversion using fluorescent dyes, the highest possible efficiency should be achieved on the one hand and the best possible homogeneity on the other hand.
Das Zur-Verfügungstellen von technischen Lösungen für Leuchtpaneele unter diesen Gesichtspunkten ist eine Aufgabe der Erfindung. Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein lichtemittierendes Paneel zur Verfügung gestellt, welches eine Mehrzahl von ungehäusten LED-Chips sowie eine Folie aufweist, welche eine Mehrzahl von LED-Chips vor Umwelteinflüssen schützend abdeckt und von diesen abgesandtes Licht mindestens teilweise beeinflusst, beispielsweise frequenzkonvertiert.It is an object of the invention to provide technical solutions for light panels from these points of view. According to a first aspect of the invention, a light-emitting panel is provided which has a plurality of unhoused LED chips and a film which covers a plurality of LED chips to protect them from environmental influences and at least partially influences the light emitted by them, for example frequency-converted.
Unter „Paneel" versteht man ein mindestens abschnittweise flächiges Element, das dimensionsstabil oder flexibel sein kann und eine Mehrzahl von vorzugsweise in einem regelmässigen Raster angeordneten lichterzeugenden Elementen enthält. Im Kontext dieser Schrift sind die lichterzeugenden Elemente immer LED-Chips, d.h. ungehäuste LEDs.“Panel” is understood to mean an element that is at least sectionally flat, which can be dimensionally stable or flexible and contains a plurality of light-generating elements, preferably arranged in a regular grid. In the context of this document, the light-generating elements are always LED chips, i.e. unhoused LEDs.
Optisch wirksame Folien zur Konversion der Lichtfarbe und/oder zur Filterung bestimmter Lichtfarben, sind im Zusammenhang mit elektrolumineszenten Lichtquellen wie LED oder OLED an sich bekannt. Beispiele, die sich OLED und/oder auf LED beziehen, finden sich in den Schriften WO03021622, WO03020846, US6653778, JPll 199781. Beispiele die sich ausschhesslich auf OLED beziehen, finden sich in den Schriften TW474038, US2002113546, JP2001164245. Auch optisch wirksame Folien im Sinne von Linsen- Arrays oder ähnlichem sind im Zusammenhang mit elektrolumineszenten Lichtquellen wie LED oder OLED an sich bekannt. Zwei Beispiele aus vielen hierfür sind die Schriften US6654175 und US2003150916.Optically effective films for converting the light color and / or for filtering certain light colors are known per se in connection with electroluminescent light sources such as LED or OLED. Examples which refer to OLED and / or to LED can be found in the documents WO03021622, WO03020846, US6653778, JPll 199781. Examples which only refer to OLED can be found in the documents TW474038, US2002113546, JP2001164245. Optically effective films in the sense of lens arrays or the like are also known per se in connection with electroluminescent light sources such as LED or OLED. Two examples from many of these are the documents US6654175 and US2003150916.
Von diesem Stand der Technik hebt sich die Erfindung dadurch ab, dass eine (einzige) optisch wirksame Folie eine Mehrzahl von LED-Chips so abdeckt, dass sie durch diese vor Umwelteinflüssen - insbesondere vor Feuchtigkeit - abgeschrimt sind. Gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung wird demnach nebst der Funktion .optische Wirkung' auch die Funktionen , Schutz' mit einem einzigen, kostengünstig herzustellenden Element verwirklicht: Einer Folie.The invention stands out from this prior art in that a (single) optically effective film covers a plurality of LED chips in such a way that they are shielded from them by environmental influences - in particular by moisture. According to the first aspect of the invention, in addition to the function .optical effect 'also realizes the functions, protection' with a single, inexpensive element to be produced: a film.
In keinem der bekannten Beispiele eine optisch wirksamen Folie offenbart, welche auch nur dazu geeignet wäre, eine Schutzfunktion gegen aggressive Gase und Flüssigkeiten sowie gegen Wasser und Wasserdampf für die elektrolumineszenten Lichtquellen und deren elektrische Anschlüsse und, im Falle der Konversion oder Filterung von Licht, für die verwendeten Farbstoffe wahrzunehmen. Folglich wird ebenfalls keinem dieser Dokumente eine Folie offenbart, welche eine Langzeit- Stabilität der chemischen, mechanischen und optischen Eigenschaften der Folie aufweisen würde:In none of the known examples discloses an optically effective film, which would also only be suitable for a protective function against aggressive gases and liquids and against water and water vapor for the electroluminescent light sources and their electrical connections and, in the case of conversion or filtering of light, for perceive the dyes used. Consequently, none of these documents also discloses a film which would have long-term stability in the chemical, mechanical and optical properties of the film:
Langzeit-Stabilität bezüglich der chemischen Eigenschaften bedeutet, dass die oben genannten Schutzfunktionen über beispielsweise mindestens 50O00 Betriebsstunden - bspw. auch bei Betriebstemperaturen von bis zu 120°C - erhalten bleiben. Langzeit-Stabilität bezüglich der mechanischen Eigenschaften bedeutet, dass unter Witterungsbedingungen im Freien und unter mechanischer Wechselbelastung während mindestens 50O00 Betriebsstunden auch bei Betriebstemperaturen von bis zu 120°C kein Verspröden und keine Rissbildung auftritt. Langzeit-Stabilität bezüglich der optischen Eigenschaften bedeutet dass die Folie im Bereich sichtbaren Lichtes beispielsweise nach mindestens 20 '000 Betriebsstunden, besser aber erst nach 50 '000 Betriebstunden, auch bei Betriebstemperaturen von bis zu 120°C einen Transmissionsverlust von höchstens 20% aufweisen darf.Long-term stability with regard to the chemical properties means that the protective functions mentioned above are retained for at least 50,000 operating hours, for example, even at operating temperatures of up to 120 ° C. Long-term stability with regard to the mechanical properties means that under outdoor weather conditions and under mechanical alternating loads for at least 50,000 operating hours, no embrittlement and no cracking occur at operating temperatures of up to 120 ° C. Long-term stability with regard to the optical properties means that the film in the visible light range, for example after at least 20,000 operating hours, but better only after 50,000 operating hours, may have a transmission loss of at most 20% even at operating temperatures of up to 120 ° C.
Es hat sich gezeigt, dass als Materialien für solche erfindungsgemässe Folien beispielsweise zwei Klassen von Werkstoffen sehr gut geeignet sind: Fluorpolymere und transparente Silikone. Diese sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften als Werkstoffe an sich wohlbekannt, wurden aber bisher für optische Anwendungen gar nicht in Betracht gezogen (Fluorpolymere) bzw. nicht als Folien in Betracht gezogen. Eine weitere geeignete Materialklasse stellen die Polycarbonate dar. Die im Zusammenhang mit LED und/oder OLED meist verwendeten transparenten Materialien wie PMMA, PC, PE, PET erfüllen die gestellten Forderungen entweder in Bezug auf Temperaturstabilität und/oder in Bezug auf optische Langzeit-Stabilität hingegen oft nicht.It has been shown that, for example, two classes of materials are very suitable as materials for such films according to the invention: fluoropolymers and transparent silicones. Because of their mechanical properties, these are well known as materials per se, but have so far been used for optical applications not considered (fluoropolymers) or not considered as films. Another suitable class of materials are the polycarbonates. The transparent materials, such as PMMA, PC, PE, PET, which are mostly used in connection with LED and / or OLED, however, meet the requirements either in terms of temperature stability and / or in terms of long-term optical stability Not often.
Zusätzlich zu den genannten oder ähnlichen hochtransparenten, langzeitstabilen und temperaturstabilen Materialien ist es möglich, dünne Schichten hochtransparenter, temperaturstabiler Materialien zu verwenden, bei denen beispielsweise die Lichttransmission im sichtbaren Bereich mit der Zeit abnimmt. Es ist möglich die Schichtdicke eines solchen Materials so zu wählen, dass die Abnahme der Transmission nur eine untergeordnete Rolle spielt. Ein Beispiel eines solchen Materials sind PI-Resiste, die eine ausgezeichnete, aber mit der Zeit leicht abnehmende Transparenz, eine hohe Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien und eine sehr gute Temperaturbeständigkeit aufweisen. Der Vorteil neu entwickelter PI-Resiste liegt darin, dass sie mit üblichen Verfahren in Schichtdicken zwischen 1 und 10 μm aufgebracht und ausgehärtet werden können, im ausgehärteten Zustand extrem hohe optische Brechungs-Indices (1.65 bis 1.9) aufweisen und somit zur Erzeugung mikrooptischer refraktiver Elemente (fresnelartige Elemente) prädestiniert sind.In addition to the above-mentioned or similar highly transparent, long-term stable and temperature-stable materials, it is possible to use thin layers of highly transparent, temperature-stable materials in which, for example, the light transmission in the visible range decreases over time. It is possible to choose the layer thickness of such a material so that the decrease in transmission only plays a minor role. An example of such a material is PI resists, which have an excellent but slightly decreasing transparency, a high resistance to most chemicals and a very good temperature resistance. The advantage of newly developed PI resists is that they can be applied and cured in layer thicknesses between 1 and 10 μm using conventional methods, in the cured state they have extremely high optical refractive indices (1.65 to 1.9) and thus for the production of micro-optical refractive elements (fresnel-like elements) are predestined.
Die genannten Werkstoffe lassen sich mit löslichen oder hoch viskosen Materialien gut kombinieren; diese können durch Verfahren wie beschichten, räkeln aufsprühen etc. auf eine Basisfolie aus den genannten Werkstoffen oder anderen transparenten Materialien aufgebracht werden und können dort mindestens teilweise aushärten. Als lösliches Material sind amorphe Fluorpolymere beispielsweise von der Firma Dupont unter dem Markennamen Teflon AF erhältlich. Dieses Material ist in gewissen perfluorinierten Lösungsmitteln (z.B. FC75 oder FC40 der Firma 3M) lösbar und kann in diesem Zustand in dünnen oder dickeren Schichten durch Verfahren wie Aufspinnen, Sprühen, Tauchen usw. auf geeignete Träger aufgebracht werden. Es hat eine hervorragende Transparenz für sichtbares Licht und eine ebenso herausragende Langzeit-Stabilität wie die anderen Fluorpolymere.The materials mentioned can be combined well with soluble or highly viscous materials; These can be applied to a base film made of the materials mentioned or other transparent materials by processes such as coating, spraying, etc. and can at least partially harden there. As a soluble material, amorphous fluoropolymers are available, for example, from Dupont under the brand name Teflon AF. This material is in certain perfluorinated solvents (eg FC75 or FC40 from 3M) are soluble and can be applied in this state in thin or thick layers by methods such as spinning, spraying, dipping, etc. on suitable carriers. It has an excellent transparency for visible light and an outstanding long-term stability like the other fluoropolymers.
Der Schutz den die genannten Materialien gegen aggressive Gase und Flüssigkeiten sowie gegen Wasser und Wasserdampf bieten, kann durch Bedampfen oder Besputtern mit einer anorganischen Schutzschicht wie SiOx, SiNxOx oder TiOx noch wesentlich verbessert werden. Hierzu sind anorganischen Schutzschichten von wenigen 100 nm Dicke notwendig. Durch eine solche in einem Dünnschicht- Verahren hergestellte zusätzliche Schutzschicht kann unter Umständen auch eine genügende Stabilität von Lichtemittierenden Paneelen gemäss der Erfindung hergestellt werden, wenn das Folienmaterial ansonsten weniger gut für das Ausüben einer Schutzfunktion geeignet ist.The protection offered by the materials mentioned against aggressive gases and liquids as well as against water and water vapor can be significantly improved by vapor deposition or sputtering with an inorganic protective layer such as SiO x , SiN x O x or TiO x . This requires inorganic protective layers with a thickness of a few 100 nm. Such an additional protective layer produced in a thin-film process can in some circumstances also provide sufficient stability for light-emitting panels according to the invention if the film material is otherwise less suitable for performing a protective function.
Mit mindestens einer Schicht oder mit einer Kombination mehrerer Schichten der diskutierten Materialien kann über lange Zeit stabiler Schutz eines LED-Arrays gewährleistet werden.With at least one layer or with a combination of several layers of the materials discussed, stable protection of an LED array can be guaranteed for a long time.
Falls die optisch wirksame Folie eine Konversionsfolie ist (d.h. der Konversion des von den LEDs emittierten Lichts in Sekundärlicht mit einer anderen Lichtwellenlänge dient), kann der notwendige Konversionsfarbstoff (auch Phosphor genannt) von der Folie selbst gegen chemische Einflüsse geschützt werden. Dies kann bspw. durch einen mehrschichtigen Aufbau der Folie gewährleistet werden. In einem solchen können die notwendigen Farbstoffe zwischen mindestens zwei Schichten der genannten Materialien eingebracht sind, so dass „oberhalb" und „unterhalb" der Farbstoff- bzw. Phosphorschicht eine genügend dicke Schicht des Schutzmaterials vorhanden ist. Ein solcher Aufbau verhindert eine allmähliche Degradation, wie sie bei nahe der Folienoberfläche befindlichen Farbstoffen ereignen kann. Praktisch vollständig verhindert wird eine Degradation der Farbstoffe durch die zusätzliche Beschichtung der beiden Schutzschichten mit einer additiven anorganischen Schutzschicht, also beispielsweise mit der erwähnten einige 0J μm dicken SiOx- SiNxOx- oder TiOx-Schicht.If the optically active film is a conversion film (that is, the conversion of the light emitted by the LEDs into secondary light with a different light wavelength), the necessary conversion dye (also called phosphorus) can be protected by the film itself against chemical influences. This can be ensured, for example, by a multilayer structure of the film. In such a system, the necessary dyes can be introduced between at least two layers of the materials mentioned, so that "above" and "below" the layer of dyes or phosphorus are sufficiently thick Protective material is present. Such a structure prevents gradual degradation, as can occur with dyes located near the film surface. Degradation of the dyes is practically completely prevented by the additional coating of the two protective layers with an additive inorganic protective layer, that is to say, for example, with the SiO x - SiN x O x or TiO x layer which is a few 0J μm thick.
Die Schutzfolie kann unter Umständen auch zusätzliche, stärker trübe werdende transparente Werkstoffe beinhalten, wenn diese spezielle erwünschte Eigenschaften wie beispielsweise hohen Brechungsindizes aufweisen. Diese sind vorzugsweise in so dünnen Schichten vorhanden, dass deren Trübung die Langzeitstabilität nicht gefährdet, beispielsweise indem die Dicke der dünnen Schichten zwischen maximal 1 Mikrometer und maximal 20 Mikrometer gewählt wird, und/oder indem die Dicke der dünnen Schichten so gewählt wird, dass die entstehende Absorption kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 10% ist.Under certain circumstances, the protective film can also contain additional, more opaque transparent materials if they have special desired properties, such as high refractive indices. These are preferably present in layers so thin that their clouding does not endanger long-term stability, for example by choosing the thickness of the thin layers between a maximum of 1 micrometer and a maximum of 20 micrometers, and / or by selecting the thickness of the thin layers so that the resulting absorption is less than 15%, preferably less than 10%.
Die Herstellung einer zwischen zwei Lagen eingebetteten Farbstoffschicht kann bspw. beinhalten, dass die zwei Lagen aufeinander auflaminiert werden; vor der Lamination wird die Oberfläche mindestens einer der Folien mit Farbstoff bestreut, zusätzlich kann auch Farbstoff in eine, der Lagen eingewalzt werden. Als zweite Möglichkeit wird eine Materix mit einem (Konversions-)Farbstoff (bspw. ein Gemenge aus gelösten Teflon AF und der notwendigen Farbstoffmenge) vor der Lamination der beiden Lagen aufgebracht und ausgehärtet. Das kann bei Temperaturen zwischen 200°C und 400°C, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 250°C und 350°C geschehen. Bei einer dritten Möglichkeit wird das Gemenge aus gelöstem Teflon AF und der notwendigen Farbstoffmenge ersetzt durch ein Gemenge aus transparentem Silikon und der notwendigen Farbstoffmenge. In diesem Fall wird die obere FEP-Folie nicht auflaminiert sondern nur aufgerollt, weil das Silikon genügend Haftung bietet. Es können auch mehrlagige optisch wirksame Schutzfolien hergestellt werden, bspw. mit einer ersten Farbstoffschicht, welche konvertiertend wirkt und einer zweiten Farbstoffschicht (oder Filterschicht) welche als Filter wirkt. Alternativ können auch in verschiedenen Lagen nicht miteinander vermischbare Konversionsfarbstoffe verwendet werden.The production of a dye layer embedded between two layers can include, for example, that the two layers are laminated onto one another; Before lamination, the surface of at least one of the foils is sprinkled with dye, and dye can also be rolled into one of the layers. As a second possibility, a material with a (conversion) dye (e.g. a mixture of dissolved Teflon AF and the necessary amount of dye) is applied and cured before the lamination of the two layers. This can be done at temperatures between 200 ° C and 400 ° C, for example at temperatures between 250 ° C and 350 ° C. In a third possibility, the mixture of dissolved Teflon AF and the necessary amount of dye is replaced by a mixture of transparent silicone and the necessary amount of dye. In this case, the top FEP film is not laminated on, but only rolled up because the silicone offers sufficient adhesion. Multi-layer optically effective protective films can also be produced, for example with a first dye layer which has a converting action and a second dye layer (or filter layer) which acts as a filter. Alternatively, conversion dyes which cannot be mixed with one another can also be used in different layers.
Die Konversionsfarbstoffe oder Filterfarbstoffe müssen nicht über die ganze Fläche der Folie vorhanden sein. Es ist beispielsweise möglich einen einzelnen Farbstoff zu verwenden, der nur in mindestens einer Zone der Schutzfolie vorhanden ist. Auf diese Weise kann die durchleuchtete Schutzfolie ein beliebiges Muster zweier Farben zeigen. So ist es beispielsweise machbar, dass ausgehend von grünen LED zonenweise eine Konversion des grünen Lichtes in weisses Licht stattfindet und so das bekannte grün weiss Muster beispielsweise von Hinweisschildern erzeugt wird.The conversion dyes or filter dyes do not have to be present over the entire surface of the film. For example, it is possible to use a single dye that is only present in at least one zone of the protective film. In this way, the screened protective film can show any pattern of two colors. For example, it is feasible for green LEDs to convert from green LED to zone by zone, thus producing the well-known green-white pattern, for example, from signs.
Natürlich ist es auch möglich mehre unterschiedliche Konversions- und/oder Filterfarbstoffe in unterschiedlichen Zonen anzuordnen. Mit geeigneten Verfahren, wie beispielsweise Rakeln oder Aufsprühen mit Masken, kann dies in einer einzigen Lage geschehen. Es ist aber auch möglich unterschiedliche Farbstoffe in unterschiedlichen Zonen in getrennten Lagen anzuordnen. Auf die letzte Art ist es auch möglich in einander verlaufende Farbmuster zu erzeugen, indem sich die Zonen mit unterschiedlichen Farbstoffen lagenweise mindestens teilweise überlagern. Das Anordnen unterschiedlicher Konversions- oder Filterfarbstoffe in unterschiedlichen Zonen kann im Sinne immer kleiner werdender Zonen sehr weit getrieben werden. So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich jedem einzelnen LED des LED-arrays pixelartig eine andere Farbe zuzuordnen, obwohl durchweg beispielsweise blaue LED verwendet werden. Man kann aber noch weiter gehen. Es ist beispielsweise mit photolithographischen Verfahren ohne weiteres machbar, auf einer vom LED-array mit monochromatischem Licht gleichmässig hinterleuchteten optisch wirksamen Schutzfolie ein Pixelmuster mit unterschiedlichen Konversions- oder Filterfarbstoffen zu erzeugen, bei dem die Pixel deutlich kleiner sind als die von einem LED beleuchtete Zone, wobei die Pixel unterschiedlicher Farbe natürlich in unterschiedlichen Lagen angeordnet sein können. Auf diese Weise können beispielsweise für den Betrachter sonst nicht einfach machbare Mischfarben erzeugt werden.Of course, it is also possible to arrange several different conversion and / or filter dyes in different zones. With suitable methods, such as knife coating or spraying on with masks, this can be done in a single layer. However, it is also possible to arrange different dyes in different zones in separate layers. In the latter way, it is also possible to produce color patterns that run into one another by at least partially overlapping the zones with different dyes. The arrangement of different conversion or filter dyes in different zones can be pushed very far in the sense of ever smaller zones. For example, it is easily possible to assign a different color to each individual LED in the LED array, even though blue LEDs are used throughout. But you can go further. With photolithographic processes, for example, it is easily feasible to generate a pixel pattern with different conversion or filter dyes on an optically effective protective film backlit by the LED array with monochromatic light, in which the pixels are significantly smaller than the zone illuminated by an LED, the pixels of different colors can of course be arranged in different layers. In this way, mixed colors that are otherwise not easily feasible can be generated, for example.
Zur Erzeugung der optischen Funktionen Lichtbündelung, Lichtauf weitung oder Lichtumlenkung ist eine Möglichkeit, dass mindestens eine der Aussenflächen und/oder eine der allenfalls vorhandenen inneren Flächen der Schutzfolie mit flachen optisch wirksamen Elementen versehen ist, die wie Linsen oder Prismen wirken. Solche flachen optischen Elemente sind beispielsweise fresnelartig in Ring- oder Streifenzonen aufgelöste refraktive Elemente oder mikrooptische diffraktive Elemente. Beide Arten von optischen Elementen können in bspw. in Fluorpolymeren oder in Epoxydharzschichten oder in andern Kunststoffen beispielsweise mittels Prägen erzeugt werden. In den diskutieren Silikonen können entsprechende Strukturen beispielsweise so erzeugt werden, dass eine Silikonschicht auf eine Trägerschicht, also beispielsweise auf eine Fluorpolymerschicht, aufgebracht, anschliessend ein Prägewerkzeug in die Silikonschicht eingepresst und schliesslich die Silikonschicht mindestens teilweise ausgehärtet wird.To generate the optical functions light bundling, light expansion or light deflection, it is possible that at least one of the outer surfaces and / or one of the inner surfaces of the protective film, if any, is provided with flat optically active elements which act like lenses or prisms. Such flat optical elements are, for example, fresnel-like refractive elements or micro-optical diffractive elements which are resolved into ring or strip zones. Both types of optical elements can be produced, for example, in fluoropolymers or in epoxy resin layers or in other plastics, for example by means of embossing. Corresponding structures can be produced in the silicones discussed, for example, by applying a silicone layer to a carrier layer, that is to say, for example, to a fluoropolymer layer, then pressing an embossing tool into the silicone layer and finally at least partially curing the silicone layer.
Alternativ oder ergänzend zu durch Prägen erzeugen mikrooptischen Elementen im Sinne fresnelartiger Linsen bzw. Prismen kann die Schutzfolie Strukturen zum Erwirken einer Lichtumlenkung aufweisen, indem die Folie beispielsweise durch Tiefziehen so umgeformt ist, dass mindestens lokal beispielsweise schalenartige Zonen im Sinne der Oberflächen von Zylinderlinsen und/oder rotationssymmetrischen Linsen vorhanden sind, wobei diese schalenartigen Zonen mit einem geeigneten transparenten optischen Werkstoff, beispielsweise mit Silikon, hinterfüllt sind. Die Schutzfolie kann zusätzliche Elemente zur diffusen Streuung des Lichts, wie bspw. Mikro-Hohlglaskugeln aufweisen.As an alternative or in addition to embossing micro-optical elements in the sense of Fresnel-like lenses or prisms, the protective film can have structures for effecting a light deflection, for example by deep-drawing the film so that at least locally, for example, shell-like zones in the sense of the surfaces of cylindrical lenses and / or there are rotationally symmetrical lenses, these shell-like zones being backfilled with a suitable transparent optical material, for example with silicone. The protective film can have additional elements for diffuse scattering of the light, such as, for example, micro hollow glass spheres.
Die genannten beiden Arten optischer Elemente (refraktiv/diffraktiv) unterscheiden sich, im Sinne der Herstellung, im Wesentlichen durch die Tiefe und Feinheit der zu erzeugenden Strukturen und damit durch die Herstellverfahren für die notwendigen Werkzeuge. Methoden für die Erzeugung solcher Strukturen sind bekannt.The two types of optical elements mentioned (refractive / diffractive) differ, in terms of manufacture, essentially by the depth and fineness of the structures to be produced and thus by the manufacturing processes for the necessary tools. Methods for creating such structures are known.
Erwähnt sei aber noch, dass die diffraktiven Elemente prinzipiell auf zwei unterschiedliche Arten aufgebaut sein können. Die erste Art besteht aus einer Vielzahl feinster rillenartiger Strukturen, die beispielsweise mittels Prägen in transparentes (Durchlicht-Elemente) oder nicht transparentes (Spiegel-Elemente) Material eingebracht werden. Die Dimensionen dieser Strukturen liegen in der Grössenordnung einiger Mikrometer bis hinunter zu Dimensionen die kleiner sind als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes. Die zweite Art besteht, bei entsprechenden Dimensionen, aus nicht transparenten Linien, die beispielsweise mittels Sputtern von Metall und anschliessendem photolithographischem Strukturieren des Metalls auf transparentes Material aufgebracht werden.However, it should also be mentioned that the diffractive elements can in principle be constructed in two different ways. The first type consists of a large number of finest, groove-like structures which are embossed, for example, into transparent (transmitted light elements) or non-transparent (mirror elements) material. The dimensions of these structures are in the order of a few micrometers down to dimensions that are smaller than the wavelength of the light used. The second type, with corresponding dimensions, consists of non-transparent lines, which are applied to transparent material, for example, by sputtering metal and then photolithographically structuring the metal.
Im Falle der Verwendung fresnelartiger refraktiver Elemente wird bekanntlich bei gegebener Elementtiefe mit grosser werdendem Brechungsindex der verwendeten Materialien der gewünscht optische Effekt stärker. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei Einbringung solcher optischen Elemente in die diskutierten, einen niedrigen Brechungsindex zwischen ca. 1.3 und 1.35 aufweisenden Fluorpolymere deutlich tiefere und/oder feiner aufgelöste Strukturen erzeugt werden müssen als beispielsweise bei Verwendung eines Silikons mit einem Brechungsindex bis zu 1.5. Noch grössere Wirkung kann durch Verwendung einer, allenfalls zusätzlichen, Schicht des bereits diskutieren PI-Resists oder eines anderen ähnlichen Materials mit einem Brechungsindex von 1.65 bis zu 1.9 erreicht werden.If fresnel-like refractive elements are used, it is known that the desired optical effect becomes stronger for a given element depth with an increasing refractive index of the materials used. This means, for example, that when such optical elements are incorporated into the fluoropolymers discussed, which have a low refractive index between approximately 1.3 and 1.35, significantly deeper and / or finer-resolution structures must be produced than, for example, when using a silicone with a refractive index of up to 1.5. Even greater effect can be achieved by using an, if necessary additional, layer of the already discussed PI resist or another similar material with a refractive index from 1.65 to 1.9.
Diffraktive optische Elemente weisen ein optisches Verhalten auf, dass von der Wellenlänge des Lichtes abhängig ist. Der diskutierte, für mikrooptische refraktive Elemente geeignete, PI-Resist weist einen Brechungsindex auf der beispielsweise von blauem zu rotem Licht hin von 1.75 bis 1.65 kontinuierlich abnimmt. Diese beiden Tatsachen führen in Kombination dazu, dass die optische Formation nicht monochromatischen, und damit auch weissen Lichts mit entsprechend aufgebauten Elementen zumindest nicht einfach ist. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, kann es in einer mehrlagigen Folie von Vorteil sein, wenn das monochromatische Licht zunächst die, auf die entsprechende Wellenlänge optimierte, Bündelungsoptik und erst dann die notwendigen Farbkonversionsschichten durchläuft. Ein solcher schichtweiser Aufbau ist gemäss vorstehenden Ausführungen durch Lamination etc. herstellbar.Diffractive optical elements have an optical behavior that depends on the wavelength of the light. The PI resist discussed, which is suitable for micro-optical refractive elements, has a refractive index which, for example, decreases continuously from blue to red light from 1.75 to 1.65. In combination, these two facts mean that the optical formation is not at least simple with monochromatic, and therefore also white light with correspondingly constructed elements. In order to avoid this difficulty, it can be advantageous in a multilayer film if the monochromatic light first passes through the bundling optics, optimized to the corresponding wavelength, and only then does it pass through the necessary color conversion layers. Such a layered structure can be produced by lamination, etc., according to the above statements.
Zur Erzeugung der optischen Funktionen .diffuse Lichtstreuung' kann allenfalls zusätzlich zu einem der oben geschilderten Aufbauten mindestens eine diffus streuende Oberfläche und/oder eine diffus streuende Schicht verwendet werden. Eine solche kann durch Aufrauhung einer der vorhandenen äusseren und/oder inneren Oberflächen der geschilderten optisch wirksamen Schutzfolie erreicht werden. Möglich Verfahren wie beispielsweise Ätzverfahren, Sandstrahlen, Bürsten, usw. hierfür sind hinlänglich bekannt. Alternativ dazu kann eine diffus streuende dünne oder dicke Schicht auch erzeugt werden, indem beispielsweise in ein transparentes Silikonharz oder in amorphes Teflon AF, eine Vielzahl das Licht streuende kleinen Körpern eingebracht werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn diese Körper das auf sie auftreffende Licht so wenig wie möglich absorbieren, sondern nur reflektieren. Diffuse Lichtverteilung kann dann durch eine Vielzahl von Reflektionen erreicht werden, auch wenn die einzelne Reflektion nicht diffus ist. Streukörper welche die Forderung nach möglichst geringer Absorption gut erfüllen, sind beispielsweise Mikro-Hohlglaskugeln, die bis hinunter zu Durchmessern von ca. 1 μm am Markt erhältlich sind.To generate the optical functions “diffuse light scattering”, at least one diffusely scattering surface and / or one diffusely scattering layer can be used in addition to one of the structures described above. This can be achieved by roughening one of the existing outer and / or inner surfaces of the described optically effective protective film. Possible processes such as, for example, etching processes, sandblasting, brushing, etc. are well known for this. Alternatively, a diffusely scattering thin or thick layer can also be produced, for example, by introducing a large number of small bodies scattering the light into a transparent silicone resin or into amorphous Teflon AF. It is advantageous if these bodies absorb the light that strikes them as little as possible, but only reflect them. Diffuse light distribution can then be achieved through a large number of reflections even if the individual reflection is not diffuse. Scattering bodies that well meet the requirement for the lowest possible absorption are, for example, micro-hollow glass spheres that are available on the market down to diameters of approx. 1 μm.
Ausgehend von einem der geschilderten Schutzfolien-Aufbauten kann eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der optischen Funktionen Lichtbündelung, Lichtaufweitung oder Lichtumlenkung beschrieben werden. Alle geschilderten Folienaufbauten sind - mindestens bis zu 10% lokaler Dehnung, meist aber deutlich stärker - umformbar. Eine solche Umformung kann beispielsweise mittels Tiefziehen erfolgen. Diese Tatsache kann dazu verwendet werden, die Schutzfolie mindestens an einer Stelle lokal so umzuformen, dass schalenartige Zonen im Sinne der Oberflächen von Zylinderlinsen und/oder von rotationssymmetrischen Linsen und/oder von Prismen entstehen. Werden diese schalenartigen Elemente mit einem transparenten Material hinterfüllt, so wirkt diese Hinterfüllung wie eine entsprechendes refraktives optisches Element.Starting from one of the protective film structures described, a further possibility for generating the optical functions light bundling, light expansion or light deflection can be described. All of the film structures described can be deformed - at least up to 10% local elongation, but mostly significantly more. Such reshaping can take place, for example, by deep drawing. This fact can be used to locally reshape the protective film at least at one point in such a way that shell-like zones are created in the sense of the surfaces of cylindrical lenses and / or of rotationally symmetrical lenses and / or of prisms. If these shell-like elements are backfilled with a transparent material, this backfill acts like a corresponding refractive optical element.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren mittels Lamination oder anders ausgestalteten Schichtung verschiedener Lagen kann eine Konversionsfolie oder Diffusorfolie bspw. auch mittels Extrusion eines bereits den Farbstoff bzw. Diffus ionskörper enthaltenden Gemischs oder mit einem anderen geeigneten Verfahren hergestellt werden.Instead of the production processes described above by means of lamination or differently designed layers of different layers, a conversion film or diffuser film can also be produced, for example, also by extrusion of a mixture already containing the dye or diffusion body or by another suitable process.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Folie von distanzhaltenden Elementen in einem Abstand zu der lichtemittierenden Fläche der LED-Chips so gehalten, dass keine Wärmebrücke zwischen der Folie und den Chips besteht. Beispielsweise können zwischen der Folie und einem die LED-Chips tragenden und elektrisch kontaktierenden Trägerelement Distanzhalteelemente in der Form von Stäben oder Stegen aus einem nicht-metallischen thermisch schlecht leitenden Material, bspw. aus Kunststoff oder in der Form einer transparenten Schicht angebracht sein. Es kann auch sein, dass die LED-Chips von druckfesten, die LED-Chip an Höhe überragenden Elementen mit blenden- oder hohlspiegelartigen Öffnungen umgeben sind und dass die Folie als zusätzliche Schutzfolie auf die gemeinsame Oberfläche dieser Elemente aufgebracht ist. Stattdessen kann die Folie auch an zwischen den Elementen angebrachten Distanzhalteelementen oder an auf einer Oberseite der blenden- oder hohlspiegelartigen Elemente angebrachten, thermisch isolierenden Distanzhaltern befestigt sein.According to a particularly preferred embodiment, the film is held by spacing elements at a distance from the light-emitting surface of the LED chips in such a way that there is no thermal bridge between the film and the chips. For example, spacer elements can be arranged in the film between the film and a carrier element that carries the LED chips and makes electrical contact Form of rods or webs made of a non-metallic thermally poorly conductive material, for example. Plastic or in the form of a transparent layer. It may also be the case that the LED chips are surrounded by pressure-resistant elements that protrude the LED chip at height with apertures or concave-like openings, and that the film is applied to the common surface of these elements as an additional protective film. Instead, the film can also be attached to spacer elements attached between the elements or to thermally insulating spacers attached to an upper side of the diaphragm or concave mirror-like elements.
Gemäss einem ersten Unteraspekt des ersten Aspekts ist die Folie eine Konversionsfolie oder eine Diffusorfolie, d.h. sie enthält floureszierende Farbstoffe und/oder Diffusoren. Der Floureszenzfarbstoff (er wird hier auch Konversionsfarbstoff genannt) und/oder die Diffusoren sind in einen ersten Schichtaufbau eingebettet. Ein zweiter Schichtaufbau ist auf der den lichterzeugenden Elementen zugewandten Seite des ersten Schichtaufbaus angeordnet. Der erste und der zweite Schichtaufbau bestehen je aus einer oder mehreren Schichten. Vorzugsweise besitzen alle Schichten des ersten Schichtaufbaus und alle Schichten des zweiten Schichtaufbaus je einen ähnlichen Brechungsindex, d.h. die Brechungsindexdifferenzen zwischen Schichten innerhalb des ersten bzw. des zweiten Schichtaufbaus sind klein, beispielsweise maximal 0.1 oder maximal 0.05. Hingegen gibt es einen substantiellen Unterschied zwischen den Brechungsindizes der Schichten des ersten Schichtaufbaus und der Schichten des zweiten Schichtaufbaus, wobei der Brechungsindex der Schichten des ersten Schichtaufbaus klein- beispielsweise kleiner als 1.5, und der Brechungsindex der Schichten des zweiten Schichtaufbaus möglichst gross - beispielsweise grosser als 1.5 - ist. Der Übergang zwischen einer Grenzschicht des ersten Schichtaufbaus und einer Grenzschicht des zweiten Schichtaufbaus ist nicht flach sondern besitzt zur Schichtungsebene einen Winkel bildende oder eventuell gewellte Grenzflächen. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Übergang im Querschnitt eine „Zickzack"-Struktur, d.h. die Grenzflächen bilden abwechslungsweise einen negativen und einen positiven Winkel zu der Schichtungsebene. Der Winkel muss im Betrag nicht konstant sein, sondern kann eventuell variieren und bspw. auch im Querschnitt sägezahn-ähnlich verlaufen.According to a first sub-aspect of the first aspect, the film is a conversion film or a diffuser film, ie it contains fluorescent dyes and / or diffusers. The fluorescent dye (it is also called conversion dye here) and / or the diffusers are embedded in a first layer structure. A second layer structure is arranged on the side of the first layer structure facing the light-generating elements. The first and the second layer structure each consist of one or more layers. All layers of the first layer structure and all layers of the second layer structure preferably each have a similar refractive index, ie the refractive index differences between layers within the first or second layer structure are small, for example a maximum of 0.1 or a maximum of 0.05. On the other hand, there is a substantial difference between the refractive indices of the layers of the first layer structure and the layers of the second layer structure, the refractive index of the layers of the first layer structure being small - for example less than 1.5, and the refractive index of the layers of the second layer structure being as large as possible - for example larger than 1.5 - is. The transition between a boundary layer of the first layer structure and a boundary layer of the second layer structure is not flat, but has boundary surfaces which form an angle or which are possibly undulated to the layering plane. In a preferred embodiment, the transition forms a cross section "Zigzag" structure, that is, the interfaces alternately form a negative and a positive angle to the layering plane. The angle does not have to be constant in the amount, but can possibly vary and, for example, also have a sawtooth-like cross section.
Der Grund für diesen Aufbau ist der Folgende: Von einem Konversionsfarbstoff oder von einem Diffusor ausgesandtes Licht (im Folgenden „Sekundärlicht" genannt) ist prinzipiell nicht gerichtet. Aufgrunddessen werden wesentliche Anteile des Sekundärlichtes zurück in die Richtung, in der sich die lichterzeugenden Elemente befinden (also nach „hinten") oder seitlich abgestrahlt und gehen verloren. Aufgrund des erfindungsgemässen Aufbaus wird nach hinten abgestrahltes Licht an einer schrägen Grenzfläche zum Lot hin gebrochen. Für einen grossen Teil der - statistisch verteilten - Einfallswinkel ergibt sich ein zum Schichtaufbau flacherer Winkel, so dass an einer hinteren - also vom ersten Schichtaufbau abgewandten - Grenzfläche des zweiten Schichtaufbaus ein grosser Teil des Lichtes zurückreflektiert und verbleibt in der Folie. Nach einer erneuten Brechung am Übergang zwischen zweitem und erstem Schichtaufbau kann das Licht nach vorne -also nutzbringend - abgestrahlt werden. Wenn die Folie Diffusoren enthält, kann das Licht auch erneut durch Diffusoren gestreut werden.The reason for this structure is as follows: In principle, light emitted by a conversion dye or by a diffuser (hereinafter referred to as "secondary light") is not directed. As a result, substantial portions of the secondary light are directed back in the direction in which the light-generating elements are located ( so to the "back") or emitted laterally and get lost. Because of the construction according to the invention, light emitted to the rear is refracted at an oblique interface to the perpendicular. For a large part of the - statistically distributed - angles of incidence there is a flatter angle to the layer structure, so that a large part of the light reflects back at a rear interface of the second layer structure, i.e. away from the first layer structure, and remains in the film. After a new refraction at the transition between the second and first layer structure, the light can be emitted to the front, so it is useful. If the film contains diffusers, the light can be scattered again through diffusers.
Der Wirkungsgrad dieser Anordnung kann noch erhöht werden, wenn auch die Oberfläche, also der Übergang zwischen dem Schichtaufbau und einem Umgebungsmedium, nicht-ebene Grenzflächen beinhaltet. Beispielsweise kann der Verlauf dieses Übergangs dem Verlauf des Übergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau folgen, so dass die Dicke des ersten Schichtaufbaus in Funktion der Position in der Schichtebene näherungsweise konstant ist. „Näherungsweise konstant" heisst beispielsweise, dass die Ausdehnung in z- Richtung (d.h. der Richtung senkrecht zur Schichtungsebene) nicht um mehr als ein Drittel der durchschnittlichen Dicke variiert. Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Position in z-Richtung des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau und diejenige des Überganges zwischen dem ersten Schichtaufbau und dem Umgebungsmedium um einen Wert variiert, welcher mindestens 2/3 der Dicke des ersten Schichtaufbaus beträgt. Dann werden Lichtleitereffekte innerhalb des ersten Schichtaufbaus praktisch verhindert.The efficiency of this arrangement can be increased even if the surface, ie the transition between the layer structure and an ambient medium, also contains non-flat interfaces. For example, the course of this transition can follow the course of the transition between the first and the second layer structure, so that the thickness of the first layer structure is approximately constant as a function of the position in the layer plane. “Approximately constant” means, for example, that the expansion in the z direction (ie the direction perpendicular to the layering level) does not vary by more than a third of the average thickness. Particularly preferred Embodiments in which the position in the z direction of the transition between the first and the second layer structure and that of the transition between the first layer structure and the surrounding medium vary by a value which is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure. Then light guide effects within the first layer structure are practically prevented.
Insgesamt bringt der Aufbau gemäss dem ersten Unteraspekt also eine erhöhte Abstrahleffizienz bei gegebener Leuchtleistung der lichterzeugenden Elemente.Overall, the structure according to the first sub-aspect thus brings an increased radiation efficiency for a given luminous output of the light-generating elements.
Das Konzept des ersten Unteraspekts kann auch unabhängig vom ersten Aspekt der Erfindung verwendet werden, beispielsweise indem das vorstehend erläuterte Schichtsystem mit erstem und zweitem Schichtaufbau direkt auf ein OLED (Organisches lichtemittierendes Element) aufgebracht wird. Es kann auch in einer beliebig verwendbaren Konversionsfolie realisiert sein. Eine solche Konversionsfolie besitzt bspw. noch eine Trägerfolie, auf welche das unter Umständen mechanisch nicht stabile erfindungsgemässe Schichtsystem aufgebracht ist. Anstelle einer Konversionsfolie kann das erfindungsgemässe Schichtsystem auch in einer mechanisch steifen Konversionsplatte realisiert sein.The concept of the first sub-aspect can also be used independently of the first aspect of the invention, for example by applying the above-described layer system with the first and second layer structure directly to an OLED (organic light-emitting element). It can also be implemented in any conversion film that can be used in any way. Such a conversion film still has, for example, a carrier film to which the layer system according to the invention, which may not be mechanically stable, is applied. Instead of a conversion film, the layer system according to the invention can also be implemented in a mechanically rigid conversion plate.
Gemäss einem zweiten Unteraspekt des ersten Aspekts der Erfindung geht es um die vergleichsweise geringe spektrale Breite der Emissionsspektren von Leuchtdioden und der Absorptionsspektren von Konversionsfarbstoffen sowie um das Erzeugen einer homogenen Abstrahlcharakteristik des lichtemittierenden Paneels.According to a second sub-aspect of the first aspect of the invention, the comparatively small spectral width of the emission spectra of light-emitting diodes and the absorption spectra of conversion dyes is concerned, and the generation of a homogeneous radiation characteristic of the light-emitting panel.
Dazu besitzt das Paneel mit einem Array von elektrisch kontaktierten LED-Chips pro LED-Chip bzw. Einheit von mehreren LED-Chips ein hohlspiegelartiges oder blendenartiges optisches Element, durch welches die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung auf einen vergleichsweise kleinen Raumwinkel um eine Abstrahlrichtung herum konzentriert werden kann. Solche optische Elemente sind in der internationalen Patentanmeldung PCT/CH2004/000263 (insbesondere in Fig. 3a-3h und deren Beschreibung) sowie in den schweizerischen Patentanmeldungen 663/04 (Fig. lb-ld) und 1425/04 gezeichnet. Auf den Inhalt dieser Patentanmeldungen wird hier diesbezüglich ausdrücklich verwiesen, und deren Inhalt wird hiermit zum Bestandteil dieser Anmeldung gemacht. Gemäss dem zweiten Unteraspekt ist die Konversionsfolie in einem Abstand d von einem die LED-Chips und die optischen Elemente tragenden Trägerelement angeordnet. Die optischen Elemente sind so ausgeformt und/oder angeordnet, dass Untergruppen von mehreren LED-Chips bzw. Einheiten von LED-Chips gebildet werden, deren abgestrahltes Licht in der Ebene der Folie - also im Abstand d - zusammenfällt.For this purpose, the panel with an array of electrically contacted LED chips per LED chip or unit of several LED chips has a concave-like or diaphragm-like optical element through which the emitted electromagnetic Radiation can be concentrated to a comparatively small solid angle around an emission direction. Such optical elements are drawn in the international patent application PCT / CH2004 / 000263 (in particular in FIGS. 3a-3h and their description) as well as in the Swiss patent applications 663/04 (FIGS. 1b-1d) and 1425/04. The content of these patent applications is expressly referred to in this regard, and the content thereof is hereby made part of this application. According to the second sub-aspect, the conversion film is arranged at a distance d from a carrier element carrying the LED chips and the optical elements. The optical elements are shaped and / or arranged in such a way that subgroups of several LED chips or units of LED chips are formed, the emitted light of which coincides in the plane of the film - that is, at a distance d.
Dies erlaubt in einer ersten Variante, in jeder Untergruppe LED-Chips mit leicht verschiedenen Primärlicht-Wellenlängen zu verwenden, wenn die Folie eine Konversionsfolie ist. Dann kann die Summe der Emissionsspektren der LED-Chip relativ breit sein. Dadurch wird es möglich, für das erzeugte Sekundärlicht eine konstante Abstrahlcharakteristik bezüglich Helligkeit und Wellenlänge (Farbe) zu erreichen. Dies ist insbesondere dort vorteilhaft, wo ein gleichbleibender optischer Eindruck wichtig ist.In a first variant, this allows LED chips with slightly different primary light wavelengths to be used in each subgroup if the film is a conversion film. Then the sum of the emission spectra of the LED chip can be relatively wide. This makes it possible to achieve a constant radiation characteristic with regard to brightness and wavelength (color) for the secondary light generated. This is particularly advantageous where a constant visual impression is important.
Gemäss einer zweiten Variante ist die Folie eine Diffusor-Folie und die LED-Chips sind RGB-Chips mit der geeigneten Mischung (d.h. Chips mit Primärlichtemission in den Farben Rot, Grün und Blau, deren Spektrum sich zu Weisslicht oder zu einem beliebig farbigem Licht ergänzt). Die erfindungsgemässe Ausgestaltung erreicht, dass das Paneel für den Betrachter wirklich als weiss erscheint und nicht bei genauerem Hinsehen als Überlagerung roter, grüner und blauer Punkte. Besonders vorteilhaft ist diese Variante bei bildschirmartigen Aufbauten, wo die Zusammensetzung roten, grünen und blauen Lichtes Sektor (bzw. Pixel-) weise in Funktion der Zeit variiert. Ebenfalls sehr geeignet ist sie für Paneele, bei denen die Farbe der Beleuchtung als Ganzes oder in grossen Sektoren sich ändert; solche kommen bspw., in Flugzeugen zum Einsatz, wo die Farbe der Beleuchtung zwischen weiss, blau, rot variieren kann].According to a second variant, the film is a diffuser film and the LED chips are RGB chips with the appropriate mixture (ie chips with primary light emission in the colors red, green and blue, the spectrum of which complements white light or any color light ). The embodiment according to the invention ensures that the panel really appears to the viewer as white and not on closer inspection as a superimposition of red, green and blue dots. This variant is particularly advantageous in the case of screen-like structures, where the composition of the red, green and blue light sector (or pixel) is shown in Time function varies. It is also very suitable for panels in which the color of the lighting changes as a whole or in large sectors; These are used, for example, in airplanes, where the color of the lighting can vary between white, blue and red].
In beiden Varianten kann die Konversions- bzw. Diffusorfolie durch eine Maskenschicht ergänzt sein, welche einen Lichtein- oder eventuell Austritt tritt in die Folie bzw. aus der Folie nur an denjenigen Stellen zulässt, in denen sich die Primärlichtstrahlen kreuzen. So können Randeffekte ausgeblendet werden.In both variants, the conversion or diffuser film can be supplemented by a mask layer, which allows light to enter or possibly exit into the film or out of the film only at those points where the primary light rays cross. Edge effects can be hidden in this way.
Besonders bevorzugt - aber nicht zwingend - ist die gleichzeitige Anwendung beider Unteraspekte, d.h. die Kombination der Folie mit dem ersten und zweiten Schichtaufbau und dem nicht-flachen Übergang mit dem vorstehend erläuterten zweiten Unteraspekt.Particularly preferred - but not mandatory - is the simultaneous use of both sub-aspects, i.e. the combination of the film with the first and second layer structure and the non-flat transition with the second sub-aspect explained above.
Gemäss den verschiedenen Ausführungsformen des ersten Aspekts kann die Folie so angeordnet sein, dass keine Wärmebrücke zu den LED-Chips vorhanden ist, und dass die Folie daher vergleichsweise kühl bleibt. Dies erlaubt die Verwendung auch von Konversionsfarbstoffen, deren Quanteneffizienz schon bei Temperaturen um 50°C oder bei leicht darüber liegenden Temperaturen stark abnimmt. Im Vergleich zum Stand der Technik stehen also deutlich mehr Konversionsfarbstoffe zur Verfügung, darunter auch besonders effiziente und/oder besonders kostengünstige anorganische Farbstoffe.According to the various embodiments of the first aspect, the film can be arranged such that there is no thermal bridge to the LED chips and that the film therefore remains comparatively cool. This also allows the use of conversion dyes, the quantum efficiency of which drops sharply at temperatures around 50 ° C or at temperatures slightly above. In comparison to the prior art, significantly more conversion dyes are available, including particularly efficient and / or particularly inexpensive inorganic dyes.
Gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Paneel mit einem Trägerelement und einer Vielzahl von ungehäusten LED-Chips zur Verfügung gestellt, wobei jedem LED-Chip oder jeder Einheit von wenigen beieinander angeordneten LED-Chips eine Hülle zugeordnet ist, welche den Konversionsfarbstoff enthält und direkt auf dem LED-Chip/den LED-Chips bzw. einer oder mehreren diesen lokal Umgebenden transparenten Schutzschichten aufliegt. Die Dicke der gesamten Hülle ist so, dass sie der Form des Chips folgt. Die Hülle ist bspw. in einem Dünnfilmverfahren hergestellt. Vorzugsweise beträgt die Dicke weniger als die Dicke des - oft flächigen - LED-Chips, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 2, beispielsweise mindestens um einen Faktor 4. Sie beträgt bspw. höchstens 10 μm, bspw. maximal 5 μm oder maximal 2μ. Dies ist deutlich weniger als die machbare minimale Chipdicke von heute 50 bis 100 μm. Als alternatives Kriterium kann man definieren, dass das Volumen der Farbstoff enthaltenden Schicht pro LED und zugehörigem Pad für einen Drahtbond das Volumen des LED-Chip höchstens um wenig, bspw. höchstens um einen Faktor 2 übersteigt oder gar nicht übersteigt.According to a second aspect of the invention, a panel is provided with a carrier element and a multiplicity of unhoused LED chips, each LED chip or each unit being a small number of one another arranged LED chips is assigned a shell which contains the conversion dye and rests directly on the LED chip / the LED chips or one or more transparent protective layers surrounding them locally. The thickness of the entire shell is such that it follows the shape of the chip. The shell is produced, for example, in a thin film process. The thickness is preferably less than the thickness of the — often flat — LED chip, preferably at least by a factor of 2, for example at least by a factor of 4. It is, for example, at most 10 μm, for example at most 5 μm or at most 2μ. This is significantly less than the feasible minimum chip thickness of 50 to 100 μm today. As an alternative criterion, one can define that the volume of the layer containing dye per LED and associated pad for a wire bond does not exceed the volume of the LED chip by more than a little, for example by a factor of 2 or not at all.
Vorzugsweise ist die aufgebrachte, Konversionsfarbstoff homogen verteilt oder in einer Lage angereichert enthaltende, Schicht so dünn aufgetragen, dass sie - ggf. nach dem Aushärten - so dünn ist, dass sie homogen die Form des Chips nachvollzieht. Das bedeutet, dass die in einer Lichtemissionsrichtung gemessene Dicke der Schicht über den Chip um nicht mehr als 30%, vorzugsweise nicht mehr als 20 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 10% variiert. In diesem Fall ist sichergestellt, dass jeder aus dem Chip austretende Strahl kurzwelligen Lichtes (UV- Strahlung wird gemäss der in diesem Text verwendeten Definition auch als , Licht' bezeichnet) genau dieselbe Menge Farbstoff sieht und so unterschiedliche Farben bei unterschiedlichen Austrittsorten vermieden werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei gewissen neueren erhältlichen Chips, die mittels ihrer Form, bspw. mittels schräg stehender Seitenflächen, für wesentlich gesteigerte Lichtaustrittseffizienz sorgen. Bei neueren Chips, welche von der Firma Cree angeboten werden, tritt beispielsweise mehr als 70% des Lichtes zu den schrägen Seitenflächen aus. Die Schicht zur Konversion - sie dient im Allgemeinen der Konversion des von den LED-Chip abgestrahlten kurzwelligen Lichtes zu einer grösseren Wellenlänge hin - bedeckt also vorzugsweise alle offenen Seiten der LED-Chips möglichst gleichmässig.The applied conversion dye is preferably applied so thinly that it is homogeneously distributed or contains a layer enriched in one layer, so that it is - if necessary after curing - so thin that it reproduces the shape of the chip homogeneously. This means that the thickness of the layer measured in a light emission direction over the chip does not vary by more than 30%, preferably not more than 20%, particularly preferably not more than 10%. In this case it is ensured that each beam of short-wave light emerging from the chip (UV radiation is also referred to as "light" according to the definition used in this text) sees exactly the same amount of dye and thus different colors are avoided at different exit locations. This is particularly advantageous in the case of certain newer chips which are available and which, by means of their shape, for example by means of inclined side faces, ensure substantially increased light emission efficiency. With newer chips, which are offered by the company Cree, for example, more than 70% of the light exits to the sloping side surfaces. The conversion layer - it is generally used to convert the LED chip emitted short-wave light to a greater wavelength - preferably covers all open sides of the LED chips as evenly as possible.
Für die Serienproduktion wird die Umhüllung der Chips eines Paneels gleichzeitig in einem .Batch'-Prozess, beispielsweise im Vakuum mittels einer Maske so aufgebracht, dass definierte Zonen entstehen, in welchen jeweils ein Chip und eventuell ein Kontaktpad/Kontaktpads von diesen kontaktierenden Drahtbonds eingebettet ist/sind.For series production, the coating of the chips on a panel is applied simultaneously in a .batch 'process, for example in a vacuum using a mask, in such a way that defined zones are formed, in each of which a chip and possibly a contact pad / contact pads are embedded by the wire bonds that contact them /are.
Nebst der mindestens teilweisen Frequenzkonversion der von den Chips erzeugten elektromagnetischen Strahlung erfüllt die Hülle auch eine Schutzfunktion.In addition to the at least partial frequency conversion of the electromagnetic radiation generated by the chips, the casing also fulfills a protective function.
Als Techniken zum Aufbringen der Schicht - mit oder ohne Maske - kommen bspw. folgende Methoden in Frage:The following methods can be used as techniques for applying the layer - with or without a mask:
Aufsprühen: Die Konversionsfarbstoffe können mit einem geeigneten, optisch transparenten Trägermaterial so vermischt werden, dass sie erstens in genügender Konzentration im Trägermaterial enthalten sind und dass zweitens die Mischung in ihrer Viskosität so hergestellt wird, dass sie in dünnen Schichten aufsprühbar ist. Da besonders die organischen Farbstoffe eine immer bessere Lebensdauer aufweisen, je besser sie gegen Wasser, Wasserdampf und Sauerstoff geschützt sind, kommen mit Vorteil optisch transparente Trägermaterialien wie transparente Silikone oder amorphe Fluorpolymere, wie beispielsweise Teflon AF der Firma Dupont, zum Einsatz. Bei Verwendung der pulverförmigen anorganischen Farbstoffe erfolgt dieses Mischen über ein Einmischen in das, allenfalls mit einem Lösungsmittel verdünnte, Trägermaterial (im Folgenden auch Matrix-Material genannt). In der Regel haben dabei die Farbstoffkörner Durchmesser von deutlich mehr als einem Mikrometer. Es ist aber auch möglich, nanostrukturierte anorganische Farbstoffe, deren Korngrösse kleiner als die Lichtwellenlänge ist, einzumischen. Bei nanostrukturierten Farbstoffen gibt es keine Lichtstreuung an Farbstoffkörnern. Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung solcher nanostrukturierten Farbstoffe sind an vielen Orten weltweit in Entwicklung. Bei Verwendung organischer Farbstoffe, die meist auch in Pulverform angeliefert werden, ist natürlich prinzipiell dasselbe Vorgehen denkbar. Organische Farbstoffe können aber auch, bei voller Wirksamkeit, in sehr geringer Konzentration, d.h. in wenigen Volumenprozenten und weniger, in geeigneten Lösungsmitteln gelöst werden und in dieser Form mit dem Trägermaterial vermischt werden. Dies kann besonders effizient geschehen, wenn das Trägermaterial mit denselben Lösungsmitteln verdünnt werden kann. Viele organische Farbstoffe und viele geeignete Silikone können beispielsweise in Toluol gelöst werden. Auf diese Weise kann eine homogene Mischung erzeugt werden, bei der nach dem Austreiben des Lösungsmittels das optisch transparente Trägermaterial den Farbstoff so beinhaltet, dass keine Streuung des Lichtes geschieht. Generell ist die Verwendung gelöster organischer Farbstoffe besonders bevorzugt, da keine Streuungen bewirkt werden. Das aufgesprühte Gemisch enthält typischerweise höchstens einige wenige Prozent Farbstoff, oft weniger als 1% oder gar weniger als 0,1%.Spraying: The conversion dyes can be mixed with a suitable, optically transparent carrier material in such a way that, firstly, they are contained in sufficient concentration in the carrier material and secondly that the viscosity of the mixture is produced so that it can be sprayed on in thin layers. Since the organic dyes in particular have an ever better life, the better they are protected against water, water vapor and oxygen, optically transparent carrier materials such as transparent silicones or amorphous fluoropolymers, such as Teflon AF from Dupont, are used with advantage. When using the powdery inorganic dyes, this mixing is carried out by mixing into the carrier material (diluted with a solvent if necessary) (hereinafter also referred to as matrix material). As a rule, the dye grains have diameters of significantly more than one micrometer. It it is also possible to mix in nanostructured inorganic dyes, whose grain size is smaller than the light wavelength. With nanostructured dyes there is no light scattering on dye grains. Processes for the economical production of such nanostructured dyes are under development in many places worldwide. When using organic dyes, which are usually also supplied in powder form, the same procedure is of course possible in principle. However, organic dyes can also be dissolved in suitable solvents in a very low concentration, ie in a few percent by volume and less, and mixed in this form with the carrier material. This can be done particularly efficiently if the carrier material can be diluted with the same solvents. For example, many organic dyes and many suitable silicones can be dissolved in toluene. In this way, a homogeneous mixture can be produced, in which, after the solvent has been expelled, the optically transparent carrier material contains the dye in such a way that the light is not scattered. In general, the use of dissolved organic dyes is particularly preferred since no scattering is caused. The sprayed mixture typically contains at most a few percent dye, often less than 1% or even less than 0.1%.
Ein Sprühprozess kann so gefahren werden, dass in einem Arbeitsgang die gesamte Fläche eines LED-Arrays quasi gleichzeitig mit einer dünnen Schicht des gesprühten Materials beschichtet werden kann. Insbesondere ist es auch möglich den Sprühprozess so zu fahren, dass nicht nur die ebenen Flächen, sondern auch die geneigten oder annähernd senkrechten Seitenflächen der LED-Chip beschichtet sind.A spraying process can be carried out in such a way that the entire surface of an LED array can be coated with a thin layer of the sprayed material at almost the same time. In particular, it is also possible to drive the spraying process in such a way that not only the flat surfaces, but also the inclined or approximately vertical side surfaces of the LED chip are coated.
Dünnschicht-Verfahren: Gemäss einer zweiten Möglichkeit können die Konversionsfarbstoffe auch mit einem sogenannten Dünnschicht-Verfahren wie Aufdampfen oder Sputtern oder allen deren Weiterentwicklungen und Abarten wie beispeilsweise Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PVD), jeweils inklusive Unterarten wie Laser-CVD etc., Plasmabeschichtung, Laserbeschichtung, etc. aufgebrachte werden. Der Einfachheit halber werden in den folgenden Ausführungen alle diese Verfahren unter dem Begriff Vakuum- Beschichtung zusammengefasst.Thin-film process: According to a second possibility, the conversion dyes can also be used with a so-called thin-film process such as vapor deposition or sputtering or all of their further developments and varieties such as for example chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), each including subspecies such as laser CVD etc., plasma coating, laser coating, etc. can be applied. For the sake of simplicity, all of these processes are summarized under the term vacuum coating in the following explanations.
Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die Farbstoffe in sehr dünnen Schichten so aufgebracht werden können, und dass sie den LED-Chip an allen offenen Flächen gleichmässig bedecken. Dabei kann die Dichte der entstehenden Schicht so gesteuert werden, dass das von den LED-Chip abgegebene Licht vollständig oder nur zu einem definierten Teil aufgenommen und gewandelt wird.These processes are characterized in that the dyes can be applied in very thin layers and that they cover the LED chip evenly on all open surfaces. The density of the resulting layer can be controlled so that the light emitted by the LED chip is absorbed completely or only to a certain extent and converted.
Die Schichtdicken von denen die Rede ist betragen in der Regel nur wenige nm bis wenige 100 nm, beispielsweise bis maximal 500 nm.The layer thicknesses mentioned are generally only a few nm to a few 100 nm, for example up to a maximum of 500 nm.
Da besonders die organischen Farbstoffe eine immer bessere Lebensdauer aufweisen, je besser sie gegen Wasser, Wasserdampf und Sauerstoff geschützt sind, ist es von Vorteil wenn im Zuge der Vakuum-Beschichtung - und möglichst ohne das Vakuum zu brechen - eine entsprechende Schutzschicht entsteht.Since the organic dyes in particular have an ever better lifespan, the better they are protected against water, water vapor and oxygen, it is advantageous if an appropriate protective layer is created in the course of the vacuum coating - and if possible without breaking the vacuum.
Dies ist möglich indem der Vakuum-Beschichtungsprozess so gefahren wird, dass mindestens zwei unterschiedliche Materialien gleichzeitig und hintereinander beschichtet werden. Das eine Material ist dann der Konversionsfarbstoff oder eine Konversionsfragstoff-Mischung während das andere Material ein optisch transparentes Schutzmaterial wie beispielsweise SiOx oder SiOxNx ist. Das optisch transparente Schutzmaterial wird mindestens unmittelbar auf der Farbstoff Schicht, besser aber unterhalb und oberhalb der Farbstoffschicht und noch besser auch mit dem Farbstoff einer Schicht vermischt vorhanden ist. Der Prozess kann dann beispielsweise so ablaufen, dass zunächst allenfalls eine SiOx oder SiOxNx Schicht von einigen 10 nm Dicke erzeugt wird. Danach folgt eine Schicht von einigen 10 nm Dicke in der Konversionsfarbstoffe und SiOx oder SiOxNx in geeigneter Mischung vorhanden sind und schliesslich kann nochmals eine SiOx oder SiOxNx Schicht von einigen 10 nm Dicke folgen. Auf diese Weise kann ein organischer Farbstoff vollständig in schützendes Material eingebaut und damit optimal geschützt werden.This is possible by running the vacuum coating process in such a way that at least two different materials are coated simultaneously and in succession. One material is then the conversion dye or a conversion fragments mixture, while the other material is an optically transparent protective material such as SiO x or SiO x N x . The optically transparent protective material is at least directly on the dye layer, but better below and above the dye layer and even better with the dye of a layer is mixed. The process can then proceed, for example, in such a way that first of all an SiO x or SiO x N x layer of some 10 nm thickness is generated. This is followed by a layer of some 10 nm thickness in which conversion dyes and SiO x or SiO x N x are present in a suitable mixture, and finally another SiO x or SiO x N x layer of some 10 nm thickness can follow. In this way, an organic dye can be completely incorporated into protective material and thus optimally protected.
Die Begriffe „unten" und „oben" bzw. „unterhalb" und „oberhalb" sind in diesem Text generell auf die Abstrahlrichtung bezogen, d.h. „oben" ist diejenige Richtung, in die Licht abgestrahlt wird, während „unten" die von den LED-Chips aus gesehen hintere Seite der Lichtquelle, also des Leuchtpaneels bezeichnet.The terms "below" and "above" or "below" and "above" in this text generally refer to the direction of radiation, i.e. “Above” is the direction in which light is emitted, while “below” denotes the rear side of the light source, ie the light panel, as seen from the LED chips.
Eine derartige Schicht oder Schichtfolge mit einem schützenden Material wie SiOx oder SiOxNx hat den weiteren Vorteil, dass natürlich nicht nur die organischen Farbstoffe, sondern auch alle unter ihr liegenden Bauteil, also insbesondere die LED- Chip und deren elektrische Verbindungen optimal gegen chemische Umwelteinflüsse schützt, so dass mit nochmals verbesserter Lebensdauer des gesamtem LED-Arrays gerechnet werden kann.Such a layer or layer sequence with a protective material such as SiO x or SiO x N x has the further advantage that, of course, not only the organic dyes, but also all the components underneath them, in particular the LED chip and its electrical connections, are optimally opposed protects chemical environmental influences, so that the life of the entire LED array can be expected to improve even further.
Gemäss einem ersten Unteraspekt des zweiten Aspekts wird die Konversionshülle - bspw. unter Zuhilfenahme einer Maske - auf das Paneel mit bereits elektrisch kontaktierten (gebondeten) Chips aufgebracht. Der Chip und auch die elektrischen Kontakte sind dann komplett geschützt vor Sauerstoff und passiviert. Wenn das Aufbringen der Konversionshülle im Vakuum geschieht, können alle Vakuum- Prozesse ablaufen, ohne dass das Vakuum gebrochen wird. Gemäss einem zweiten Unteraspekt des zweiten Aspekts wird die Konversionshülle auf das Paneel aufgebracht, welches noch nicht elektrisch kontaktierte bzw. erst auf ihrer Unterseite elektrisch kontaktierte (durch ,die bonding' befestigte) Chips aufweist. Dann müssen die elektrischen Kontakte für die zweite elektrische ■ Kontaktierung - also sowohl die „Pads" als auch eine Kontaktfläche auf der Vorderseite der Chips - beim Versehen mit der Konversionshülle frei gelassen werden. Eine anschliessende Kontaktierung kann beispielsweise mittels eines transparenten elektrisch leitfähigen Materials erfolgen, welches flächig lokal auf eine Umgebung des Chips aufgebracht wird, oder mittels eines auf dem Chip radial verlaufende schmale Streifen bildenden metallischen Materials. Das spart einerseits einen Drahtbond und ermöglicht andererseits, dass ein Potential zum Platz sparen besteht: Ein Kontakt-, Pad' kann als schmaler, den Chip umgebender Streifen ausgebildet sein und muss nicht als verhältnismässig grosse, neben dem Chip ausgebildete Fläche vorhanden sein. Dies ermöglicht, eine Erhöhung der Packungsdichte, zumindest in Ausführungsformen, in denen diese nicht durch den Wärmeabtransport begrenzt ist.According to a first sub-aspect of the second aspect, the conversion envelope - for example with the aid of a mask - is applied to the panel with chips that have already been electrically contacted (bonded). The chip and the electrical contacts are then completely protected from oxygen and passivated. If the conversion sleeve is applied in a vacuum, all vacuum processes can take place without breaking the vacuum. According to a second sub-aspect of the second aspect, the conversion envelope is applied to the panel which has not yet electrically contacted or only electrically contacted (through which the bonding 'is attached) on its underside. Then the electrical contacts for the second electrical contact - both the "pads" and a contact area on the front of the chips - must be left free when the conversion sleeve is provided. A subsequent contact can be made, for example, using a transparent, electrically conductive material, which is applied locally to a surrounding area of the chip, or by means of a metallic material forming radial stripes on the chip, which saves on the one hand a wire bond and on the other hand enables a potential to save space: a contact pad can be used as a Narrow strip surrounding the chip and need not be present as a relatively large area formed next to the chip, which makes it possible to increase the packing density, at least in embodiments in which it is not limited by the heat removal.
In diesem und in anderen Fällen ist es zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des fertigen LED-Arrays notwendig, dass die entstehende Farbkonversions-Schicht nur an definierten Stellen des LED-Arrays vorhanden ist. Es kann bspw. auch nützlich sein, wenn die Farbkonversionsschicht an gewissen andern Stellen des Trägers dazu „missbraucht" wird, dass eine lokal passivierte Stelle, beispielsweise im Sinne eines Lötstopps, entsteht.In this and other cases, in order to ensure the functionality of the finished LED array, it is necessary that the resulting color conversion layer is only present at defined locations on the LED array. It can also be useful, for example, if the color conversion layer is "misused" at certain other locations on the carrier to produce a locally passivated location, for example in the sense of a solder stop.
Eine solche strukturierte Farbkonversionsschicht kann erzeugt werden, indem der Prozess des Aufbringens mittels einer sogenannten Schattenmaske geschieht, welche nur die zu beschichtenden Bereiche zugänglich lässt. Da sich die Genauigkeit mit der eine solche Maske hergestellt und aufgelegt werden muss im Bereich von bis zu ± 0.1 mm bewegt, ist ein solcher Prozess einfach zu beherrschen. Eine Schattenmaske kann - mit entsprechend etwas reduzierter Genauigkeit - auch beim vorstehend beschriebenen Sprühprozess zum Einsatz kommen.Such a structured color conversion layer can be produced by the application process using a so-called shadow mask, which only allows access to the areas to be coated. Since the accuracy with which such a mask has to be manufactured and applied must be in the range of up to ± 0.1 mm, such a process is easy to master. A shadow mask can - with a correspondingly somewhat reduced accuracy - also be used in the spraying process described above.
Mit „fluoreszierenden Farbstoffen" oder „Phosphoren" sind in diesem Text immer Farbstoffe gemeint, die elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge absorbieren und daraufhin elektromagnetische Strahlung einer zweiten, davon verschiedenen Wellenlänge abgeben. Phosphoreszierende Farbstoffe - d.h. Farbstoffe der genannten Art, bei denen zwischen der Absorption und der Emission eine gewisse Zeit verstreicht - sind ausdrücklich mitgemeint.In this text, "fluorescent dyes" or "phosphors" always mean dyes that absorb electromagnetic radiation of a first wavelength and then emit electromagnetic radiation of a second wavelength, which is different from this. Phosphorescent dyes - i.e. Dyes of the type mentioned, in which a certain time elapses between absorption and emission - are expressly meant.
Als solche fluoreszierende Farbstoffe sind organische oder anorganische Farbstoffe bekannt. Anorganische derartige Farbstoffe existieren in grosser Zahl. BekannteOrganic or inorganic dyes are known as such fluorescent dyes. Inorganic dyes of this type exist in large numbers. Known
Beispiel sind: Y3Al52:Ce, ZnS:Cu;Mn, ZnS:Cu oder SrGa2S4 : Eu2+ etc.Examples are: Y 3 Al 52 : Ce, ZnS: Cu; Mn, ZnS: Cu or SrGa2S4: Eu2 + etc.
Organische solche Farbstoffe, auch als Laser Dyes bekannt, gibt es in schier unbegrenzter Auswahl Beispiel sind die unter dem Handelnamen Lumogen bekannten Farbstoffe der Firma BASF, Yellow 172 der Firma Neeliglow, Indien, und Laser Dyes wie Coumarin 6, Coumarin 7, Fluorol tGA, DCM, Pyridine 1,There is an almost unlimited selection of organic dyes of this type, also known as laser dyes. Examples are the dyes known by the trade name Lumogen from BASF, Yellow 172 from Neeliglow, India, and laser dyes such as Coumarin 6, Coumarin 7, Fluorol tGA, DCM, pyridine 1,
Pyrromethene 546, Uranin und Rhodamine 110, die bei zahlreichen Händlern erhältlich sind.Pyrromethenes 546, Uranine and Rhodamine 110, which are available from numerous retailers.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:Embodiments of the invention are described in more detail below with reference to drawings. The drawings show:
- Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Folie für ein Leuchtpaneel gemäss dem ersten Unteraspekt des ersten Aspekts der Erfindung. Fig. la eine Ansicht eines möglichen Verlaufs des Übergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau in einer Folie gemäss Fig. 1.1 shows a cross section through a film for a light panel according to the first sub-aspect of the first aspect of the invention. FIG. 1 a shows a view of a possible course of the transition between the first and the second layer structure in a film according to FIG. 1.
Fig. lb einen schematischen Querschnitt durch ein Leuchtpaneel gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung.Fig. Lb shows a schematic cross section through a light panel according to the first aspect of the invention.
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus einem Leuchtpaneel gemäss dem zweiten Unteraspekt des ersten Aspekts der Erfindung.Fig. 2 shows a schematic cross section through a section of a light panel according to the second sub-aspect of the first aspect of the invention.
Fig. 3 eine qualitative Darstellung der Überlagerung der Emissionsspektren von mehreren verschiedenen LED-Chips und zum Vergleich ein Absorptionsspetkrum eines Konversionsfarbstoffes3 shows a qualitative representation of the superimposition of the emission spectra of several different LED chips and, for comparison, an absorption spectrum of a conversion dye
Fig. 4 und Fig. 4a einen Querschnitt durch dass Prinzip je einer Reflex-OLED- Folie.Fig. 4 and Fig. 4a shows a cross section through the principle of a reflex OLED film.
Fig. 5 einen Ausschnitt eines Leuchtpaneels gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung im Querschnitt.Fig. 5 shows a detail of a light panel according to the second aspect of the invention in cross section.
Fig. 6 und 6a je einen Ausschnitt eines weiteren Leuchtpaneels gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung.6 and 6a each show a section of a further light panel according to the second aspect of the invention.
Figuren 7a bis 7e zeigen die schematischen, nicht massstäblichen Querschnitte unterschiedlicher Ausführungen von Schutzfolien mit einer einlagigen Färb- bzw. Phosphorschicht zur Lichtkonversion oder -filterung eines Lichtemittierenden Paneels gemäss dem ersten Aspekt.Figures 7a to 7e show the schematic, not to scale cross-sections of different versions of protective films with a single-layer coloring or Phosphor layer for light conversion or filtering of a light emitting panel according to the first aspect.
Figuren 8a bis 8d zeigen die schematischen, nicht massstäblichen Querschnitte unterschiedlicher Ausführungen von Schutzfolien mit mehrlagig angeordneten unterschiedlichen Färb- bzw. Phosphorschichten zur Lichtkonversion und/oder - filterung.FIGS. 8a to 8d show the schematic cross-sections, not to scale, of different designs of protective films with different colored or phosphor layers arranged in multiple layers for light conversion and / or filtering.
- In den Figuren 9a bis 9d sind die schematischen, nicht massstäblichen Querschnitte unterschiedlicher Ausführungen von Schutzfolien mit einlagig oder mehrlagig in Zonen bzw. pixelartig angeordneten unterschiedlichen Färb- bzw. Phosphorschicht zur Lichtkonversion und/oder -filterung dargestellt.FIGS. 9a to 9d show the schematic, not to scale, cross sections of different versions of protective films with single-layer or multi-layer in zones or pixel-like different coloring or phosphor layers for light conversion and / or filtering.
Fig. 10 zeigt den schematischen, nicht massstäblichen Querschnitt einer Schutzfolie mit Färb- bzw. Phosphorschichten zur Lichtkonversion oder - filterung und einer zusätzlichen Schicht zur diffusen Lichtstreuung.10 shows the schematic cross-section, not to scale, of a protective film with coloring or phosphor layers for light conversion or filtering and an additional layer for diffuse light scattering.
In Figur 1 gezeichnete Folie 10 dient dazu, von lichtemittierenden Elementen ausgesandte elektromagnetische Strahlung (Licht, UV-Licht) mindestens teilweise in Licht längerer Wellenlänge umzuwandeln. In der gewählten Darstellung trifft Primärstrahlung von unten her auf die Folie und wird als Sekundärstrahlung gegen oben („gegen vorne") abgestrahlt. Die Folie besitzt einen ersten Schichtaufbau bestehend aus einer ersten Schutzschicht 11, einer Konversionsschicht 12, d.h. einer an sich transparenten Schicht mit mindestens einem Konversionsfarbstoff, und eine zweite Schutzschicht 13. Auf der den lichtemittierenden Elementen zugewandten Seite des ersten Schichtaufbaus ist ein zweiter Schichtaufbau vorhanden, welcher im gezeichneten Beispiel aus einer einzigen Schicht, nämlich der Reflexionsschicht 15 besteht. Der Übergang zwischen der zweiten Schutzschicht 13 und der Reflexionsschicht 15 ist nicht flach, sondern besteht aus schrägen, d.h. zur Schichtungsebene - also der Horizontalen - einen Winkel bildenden Flächen. Die Flächen können bspw., wie das in der Figur la skizziert ist, so verlaufen, dass jeweils vier Teilflächen (linke Zeichnung) oder sechs Teilflächen (rechte Zeichnung) in der Art von Pyramiden zu einer Spitze 13.1 hin zulaufen. Die gezeichnete Pyramidenform ist aber nicht zwingend; es können bspw. auch ungleiche Flächen vorhanden sein oder es kann eine andere Form gewählt werden. Wichtig ist lediglich, dass eine Mehrheit der den Übergang bildenden Grenzflächen zur Schichtungsebene einen Winkel bildet. Dies kann unter Umständen auch durch eine Welligkeit des Übergangs erreicht werden.Film 10 shown in FIG. 1 serves to convert at least partially electromagnetic radiation (light, UV light) emitted by light-emitting elements into light of a longer wavelength. In the selected illustration, primary radiation strikes the film from below and is emitted as secondary radiation towards the top (“towards the front”). The film has a first layer structure consisting of a first protective layer 11, a conversion layer 12, ie a layer which is transparent per se at least one conversion dye, and a second protective layer 13. On the side of the first layer structure facing the light-emitting elements, a second layer structure is present, which in the example shown consists of a single layer, namely the reflection layer 15 consists. The transition between the second protective layer 13 and the reflection layer 15 is not flat, but instead consists of inclined surfaces, that is to say an angle to the layering plane - that is to say the horizontal. For example, as outlined in FIG. 1 a, the surfaces can run in such a way that four partial surfaces (left drawing) or six partial surfaces (right drawing) run in the manner of pyramids towards a tip 13.1. The pyramid shape shown is not mandatory; For example, there may also be uneven surfaces or a different shape may be selected. It is only important that a majority of the interfaces forming the transition form an angle to the layering level. Under certain circumstances, this can also be achieved by a wavy transition.
Der Winkel der Grenzflächen zur Schichtungsebene - also in der gezeichneten Anordnung der Winkel zwischen der Grenzflächen-Normale und der Vertikale - beträgt zwischen 10° und 60°, vorzugsweise mindestens 12° und höchstens 45°.The angle of the interfaces to the layering plane - that is, in the arrangement shown, the angle between the interface normal and the vertical - is between 10 ° and 60 °, preferably at least 12 ° and at most 45 °.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn nebst dem Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau auch der Übergang zwischen dem ersten Schichtaufbau und dem Umgebungsmedium - i.A. Luft - , also die äussere Oberfläche der Folie Grenzflächen aufweist, welche zur Horizontalen einen Winkel bilden. Vorzugsweise ist auch der Winkel dieser Grenzflächen zur Schichtungsebene zwischen 12° und 45°.Particularly good results are achieved if, in addition to the transition between the first and the second layer structure, the transition between the first layer structure and the surrounding medium - generally. Air - that is, the outer surface of the film has interfaces which form an angle with the horizontal. The angle of these interfaces to the layering plane is preferably between 12 ° and 45 °.
Die Verläufe der beiden genannten Übergänge können im Prinzip voneinander unabhängig sein. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Grenzflächen aber so ausgestaltet, dass die Variation der Position des Übergangs zwischen erstem und zweitem Schichtaufbau - also die Pyramidenhöhe entsprechend quasi der „Auslenkung" in z-Richtung -mindestens 2/3 der Dicke des ersten Schichtaufbaus beträgt. Die Auslenkung kann beispielsweise dem Betrag der Dicke des ersten Schichtaufbaus entsprechen. Dann muss der Verlauf der Grenzflächen korreliert sein. Idealerweise folgen wie in der Figur 1 gezeichnet die Flächen einander, so dass die z- Ausdehnung des ersten Schichtaufbaus konstant bleibt.In principle, the courses of the two transitions mentioned can be independent of one another. According to a preferred embodiment, however, the interfaces are designed such that the variation in the position of the transition between the first and second layer structure - that is to say the pyramid height corresponding to the "deflection" in the z direction - is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure is. The deflection can, for example, correspond to the amount of the thickness of the first layer structure. Then the course of the interfaces must be correlated. Ideally, the areas follow one another as drawn in FIG. 1, so that the z-dimension of the first layer structure remains constant.
In dieser Ausführungsform wird der laterale Lichttransport ganz unterbunden.In this embodiment, the lateral light transport is completely prevented.
Die Schichten des ersten Schichtaufbaus besitzen einen möglichst kleinen und möglichst ungefähr gleichen Brechungsindex, beispielsweise «=1.3. Beispielsweise kann die Konversionsschicht - bis auf die Konversionsfarbstoffe - ein Fluorpolymer wie bspw. ein unter dem Handelsnamen Teflon erhältlicher Kunststoff sein. Die erste und zweite Schutzschicht können beispielsweise ebenfalls aus Teflon bestehen. Alternativ dazu können die Schutzschichten auch aus Materialien bestehen, die einen leicht höheren Brechungsindex haben, beispielsweise zwischen 1.4 und 1.5,. Es kommt also auch Glas bzw. SiOx in Frage, welches durch Aufdampfen oder Ausputtern aufgebracht wird. Ein weiteres mögliches Material ist aufgesprühtes Silikon. Die Schichten des ersten Schichtaufbaus müssen ganz allgemein folgende Eigenschaften haben:The layers of the first layer structure have a refractive index that is as small as possible and approximately the same, for example “= 1.3. For example, the conversion layer - apart from the conversion dyes - can be a fluoropolymer, for example a plastic available under the trade name Teflon. The first and second protective layers can also consist of Teflon, for example. Alternatively, the protective layers can also be made of materials that have a slightly higher refractive index, for example between 1.4 and 1.5. Glass or SiO x , which is applied by vapor deposition or sputtering, is also suitable. Another possible material is sprayed silicone. The layers of the first layer structure must generally have the following properties:
Optisch hohe Transparenz in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis l'OOO nm; in diesem Bereich soll die Transmissivität mindestens 90% bei einer Dicke von 100 μm betragen.Optically high transparency in a wavelength range from 400 nm to 10000 nm; in this area the transmissivity should be at least 90% with a thickness of 100 μm.
- Minimales Ausgasen bei Temperaturen von bis zu 100°C, da sonst in Herstellung oder Betrieb Blasen entstehen können. Die Konversionsschicht muss ein Auflaminieren oder Aufsprühen und Aushärten der beiden Schutzschichten schadlos und ohne Ausgasen überstehen. Falls die Schutzschichten aus Teflon bestehen, heisst dies beim Laminieren bei bis zu 350°C während einiger Sekunden.- Minimal outgassing at temperatures of up to 100 ° C, otherwise bubbles can occur in production or operation. The conversion layer must survive the lamination or spraying and curing of the two protective layers without damage and without outgassing. If the protective layers are made of Teflon, this means when laminating at up to 350 ° C for a few seconds.
Die erste und zweite Schutzschicht sollen wasser- und wasserdampfdicht sein und nur eine geringe Diffusion von molekularem Sauerstoff zulassen. Idealerweise sind sie dünn im Vergleich zur den Farbstoff enthaltenden Schicht.The first and second protective layers should be water and water vapor tight and only allow a small diffusion of molecular oxygen. Ideally, they are thin compared to the layer containing the dye.
Die Reflexionsschicht bzw. die Schicht des zweiten Schichtaufbaus ist/sind wie die erste und zweite Schutzschicht transparent und besitzt/besitzen einen hohen Brechungsindex, beispielsweise 1.6<«. Zum Beispiel kann die Reflexionsschicht aus Polyimid
Figure imgf000030_0001
bestehen. Die Reflexionsschicht kann sehr dünn sein, beispielsweise 10 μm oder weniger und dar deshalb eine deutlich schlechtere
The reflection layer or the layer of the second layer structure is / are transparent like the first and second protective layers and has / have a high refractive index, for example 1.6 <«. For example, the polyimide reflective layer
Figure imgf000030_0001
consist. The reflection layer can be very thin, for example 10 μm or less, and is therefore a significantly poorer one
Transmissivität aufweisen, beispielsweise eine Transmissivität von mindestens 90% bei einer Dicke von 20 μm. Der Wirkungsgrad der Folie wird noch besser, wenn die Reflexionsschicht einen noch höheren Brechungsindex aufweist. Es existieren transparente Materialien mit Brechungsindizes deutlich über 2, bspw. GaP, GaN, SiC, oder die sogenannten HMO-Gläser (Heavy-Metal-Oxide-Gläser). Diese Materialien sind aber zum Teil Dünnschicht-Materialien (d.h. gegenwärtig nur mit Dünnschichtverfahren aufzubringen). Da die Dicke der Reflexionsschicht den „Hub" der Konversionsschicht (d.h. die Amplitude der Änderung der z-Position des Übergangs zwischen erstem und zweitem Schichtaufbau) ausgleichen muss, bedeutet das einen sehr kleinen Hub und daher vorzugsweise eine sehr dünne Konversionsschicht von bis zu weniger als 1 μm. Dafür geeignete FarbstoffeHave transmissivity, for example a transmissivity of at least 90% with a thickness of 20 μm. The efficiency of the film is even better if the reflection layer has an even higher refractive index. There are transparent materials with refractive indices well above 2, for example GaP, GaN, SiC, or the so-called HMO glasses (heavy metal oxide glasses). However, some of these materials are thin-film materials (i.e. can currently only be applied using thin-film processes). Since the thickness of the reflection layer has to compensate for the “stroke” of the conversion layer (ie the amplitude of the change in the z position of the transition between the first and second layer structure), this means a very small stroke and therefore preferably a very thin conversion layer of up to less than 1 μm. Suitable dyes
(nanostrukturiert, oder gelöst in der Konversionsschicht) sind zum Teil schon erhältlich oder in Labors in Arbeit. Die gesamte Schichtdicke der Schichten des ersten Schichtaufbaus beträgt beispielsweise zwischen 10 μm und 200 μm, vorzugsweise weniger als lOOμm. Die Dicke der Reflexionsschicht variiert in der gezeichneten Ausführungsform als Funktion der x- und y-Position; auch sie kann zwischen 10 μm und 200 μm betragen. Bei geringen Dicken der ganzen Folie wird die Folie auf einem transparenten Träger (bspw. 1 mm Acrylglas) aufgebracht.(nanostructured, or dissolved in the conversion layer) are already partially available or in the works in laboratories. The total layer thickness of the layers of the first layer structure is, for example, between 10 μm and 200 μm, preferably less than 100 μm. The thickness of the reflection layer varies in the illustrated embodiment as a function of the x and y position; it can also be between 10 μm and 200 μm. If the entire film is thin, the film is applied to a transparent carrier (for example 1 mm acrylic glass).
Abweichend von der hier beschriebenen Ausführungsform kann bspw. die zweite Schutzschicht 13 auch einen hohen Brechungsindex aufweisen; sie gehört dann zum zweiten Schichtaufbau.In contrast to the embodiment described here, the second protective layer 13 can also have a high refractive index; it then belongs to the second layer structure.
Ausserdem sollen alle Schichten eine hohe Langzeit-Stabilität, aufweisen d.h. kein Vergilben und kein Verspröden zeigen. Der Verlust an Transmissivität beträgt beispielsweise maximal 10% nach einer Betriebsdauer von lOO'OOO Stunden bei 50°C. Unter denselben Bedingungen einer Betriebsdauer von lOO'OOO Stunden bei 50°C werden die Materialien auch nicht brüchig.In addition, all layers should have high long-term stability, i.e. show no yellowing and no embrittlement. The loss in transmissivity, for example, is a maximum of 10% after an operating time of 100,000 hours at 50 ° C. The materials do not become brittle under the same conditions with an operating time of 100,000 hours at 50 ° C.
Die Funktionsweise der Konversionsfolie ist die Folgende (vgl. auch den skizzierten Strahlengang in Fig. 1): von unten eintretende elektromagnetische Primärstrahlung - beispielsweise blaues oder ultraviolettes Licht oder auch sichtbares Licht einer anderen Wellenlänge- koppelt durch die Reflexionsschicht ein trifft auf die Farbstoffe in der Konversionsschicht. Hier wird längerwelliges Licht in alle Richtungen abgegeben. Ein beträchtlicher Teil des nach hinten (d.h. in Richtung zurück zu den lichterzeugenden Elementen) abgestrahlten, längerwelligen Sekundärlichtes wird durch die Übergangsstruktur 13 in einer Weise gebrochen, dass der Winkel zur Schichtebene flacher wird und dass an der unteren Grenzfläche der Reflexionsschicht - also im Allgemeinen der Grenzfläche zwischen der Reflexionsschicht und Luft —ein Grossteil des Lichtes reflektiert wird. Dieses Licht wird dann beim Übergang in den ersten Schichtaufbau erneut gebrochen und dabei nur zu einem kleinen Teil zurückreflektiert, da es aufgrund der ersten Brechung annähernd lotrecht zu den schrägen Flächen eintrifft. Das Licht kann ungehindert durch die Schichten des ersten Schichtaufbaus propagieren und wird aufgrund des kleinen Brechungsindex der Schichten des ersten Schichtaufbaus und der im Übergangsbereich zum Umgebungsmedium schrägen Flächen auch zu einem grossen Prozentsatz nach vorne abgestrahlt.The mode of operation of the conversion film is as follows (see also the sketched beam path in Fig. 1): electromagnetic primary radiation entering from below - for example blue or ultraviolet light or also visible light of a different wavelength - couples through the reflection layer and hits the dyes in the conversion layer. Longer-wave light is emitted here in all directions. A considerable part of the longer-wave secondary light emitted to the rear (ie in the direction back to the light-generating elements) is refracted by the transition structure 13 in such a way that the angle to the layer plane becomes flatter and that at the lower boundary surface of the reflection layer - that is generally that Interface between the reflective layer and air - much of the light is reflected. That light is then broken again at the transition to the first layer structure and is only reflected back to a small extent as it arrives almost perpendicular to the inclined surfaces due to the first refraction. The light can propagate unhindered through the layers of the first layer structure and due to the small refractive index of the layers of the first layer structure and the sloping surfaces in the transition area to the surrounding medium, a large percentage is also radiated forward.
Modellrechnungen zeigen, dass der Prozentsatz an nach vorne abgestrahltem Licht von weniger als 25% (ebene Konversionsfolie mit einem Brechungsindex von ca. 1.5) auf ca. 40-50% erhöht werden kann, indem gemäss der Erfindung ein erster und ein zweiter Schichtaufbau mit Brechungsindizes von 1.3 bzw. 1.8 verwendet werden und der Übergang zwischen erstem und zweitem Schichtaufbau aus gegenüber der Horizontalen um ca. 20°-30° verkippten Grenzflächen besteht. Der Prozentsatz kann auf ca. 70% erhöht werden, indem wie in der Figur 1 auch die äussere Oberfläche der Folie aus schrägen Pyramidenflächen zusammengesetzt wird (Winkel: optimalerweise ebenfalls zwischen 20° und 30°).Model calculations show that the percentage of light emitted to the front can be increased from less than 25% (flat conversion film with a refractive index of approx. 1.5) to approx. 40-50% by using a first and a second layer structure with refractive indices 1.3 or 1.8 are used and the transition between the first and second layer structure consists of interfaces tilted by approx. 20 ° -30 ° with respect to the horizontal. The percentage can be increased to approximately 70% by, as in FIG. 1, also assembling the outer surface of the film from oblique pyramid surfaces (angle: optimally also between 20 ° and 30 °).
Insbesondere die zweite Schutzschicht ist optional und kann weggelassen werden. Anstelle einer Konversionsschicht kann die Folie 10 eine Diffusorschicht aufweisen, d.h. anstelle eines Farbstoffs sind in der entsprechenden Schicht Diffusoren vorhanden. In diesem Fall kann im Gegensatz zur obigen Beschreibung das zurückreflektierte Sekundärlicht nicht ungehindert zur Aussenseite propagieren sondern kann erneut durch die Diffusoren gestreut werden, es dient also quasi erneut als Primärlicht.The second protective layer in particular is optional and can be omitted. Instead of a conversion layer, the film 10 can have a diffuser layer, i.e. instead of a dye, diffusers are present in the corresponding layer. In this case, in contrast to the description above, the secondary light reflected back cannot propagate unhindered to the outside but can be scattered again by the diffusers, so it serves as primary light again.
Die ganze Folie kann auf einer ebenen Trägerschicht - bspw. Glas - mit guter Transmissivität angebracht sein. Ein erfindungsgemässes Leuchtpaneel ist schematisch in Figur lb dargestellt. Das Paneel besitzt ein Trägerelement 101 aus einem beispielsweise elektrisch leitfähigen Material sowie eine Schichtfolge 102 von elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden, strukturierten Schichten. Elektrisch leitenden, strukturierten Schichten können bspw. ein bestimmtes Muster von Leiterbahnen und Kontaktpads bilden. Die strukturierten elektrisch leitenden Schichten und eventuell auch das Trägerelement dienen für die elektrische Kontaktierung der LED-Chips 103, wozu eventuell auch noch Drahtbonds 109 benötigt werden. In der Figur ist die Strukturierung der leitenden Schichten nicht wiedergegeben. Das Leuchtpaneel besitzt ein oder mehrere mit dem Trägerelement mechanisch verbundene Basiselemente 104 mit blenden- oder hohlspiegelartigen Öffnungen 105. In der gezeichneten Ausführungsform besitzen die Öffnungen eine parabolspiegelartige Oberfläche, welche zusammen mit der Blendenwirkung dazu beiträgt, dass Licht gerichtet nach vorne (in der Figur nach oben) abgestrahlt wird. Bezüglich eines möglichen Aufbaus von Trägerelement und Basiselementen wird auf die bereits erwähnten Patentanmeldungen PCT/CH2004/000263, CH 663/04 und CH 1425/04 verwiesen.The entire film can be attached to a flat carrier layer - for example glass - with good transmissivity. A light panel according to the invention is shown schematically in FIG. 1b. The panel has a carrier element 101 made of, for example, an electrically conductive material and a layer sequence 102 of electrically insulating and electrically conductive, structured layers. Electrically conductive, structured layers can, for example, form a specific pattern of conductor tracks and contact pads. The structured electrically conductive layers and possibly also the carrier element serve for the electrical contacting of the LED chips 103, for which purpose wire bonds 109 may also be required. The structuring of the conductive layers is not shown in the figure. The light panel has one or more base elements 104 mechanically connected to the support element with aperture or concave mirror-like openings 105. In the embodiment shown, the openings have a parabolic mirror-like surface which, together with the aperture effect, contributes to the fact that light is directed towards the front (in the figure after above) is emitted. With regard to a possible construction of carrier element and base elements, reference is made to the already mentioned patent applications PCT / CH2004 / 000263, CH 663/04 and CH 1425/04.
Eine Folie 100 mit Konversionsfarbstoff befindet sich entweder unmittelbar auf einer Oberfläche der Basiselemente oder wird durch abstandhaltende Elemente in einem Abstand d vom Trägerelement angeordnet. Die in Figur lb gezeichnete Folie ist im Gegensatz zur Folie von Figur 1 so ausgestaltet, dass nur der Übergang zwischen erstem und zweitem Schichtaufbau aus schrägen Flächen besteht. Abstandhaltende Elemente sind vorzugsweise thermisch gut isolierend (d.h. Wärmeleitfähigkeit kleiner als 1.5 W/m, vorzugsweise kleiner als 0.5 W/mK) und können in der Form von Klötzchen, Stäben, Stegen oder ähnlich auf den Basiselementen 104 vorhanden sein (Stäbe 106) oder direkt auf dem Trägerelement oder dessen Beschichtungen abstützen (Stege 107). Sie können auch als transparente Schicht 108 ausgebildet sein, welche die Basiselemente überzieht. Es ist auch möglich die Folie (+Trägerschicht) gesamthaft in einem „Rahmen" zu befestigen, den sie gemeinsam mit dem LED-Paneel hat. Ein solcher Rahmen kann auch mehrseitig (bis allseitig) offen sein, also z.B. nur aus einer begrenzten Anzahl, z.B. vier „Pfosten" bestehen. Zur Seite hin offen ist vorteilhaft, weil dann Luft zirkulieren kann und der Wärmetransport zu Folie hin noch kleiner wird.A film 100 with conversion dye is either located directly on a surface of the base elements or is arranged at a distance d from the carrier element by spacing elements. In contrast to the film from FIG. 1, the film drawn in FIG. 1b is designed in such a way that only the transition between the first and second layer structure consists of inclined surfaces. Spacers are preferably thermally well insulating (ie thermal conductivity less than 1.5 W / m, preferably less than 0.5 W / mK) and can be present in the form of blocks, rods, bars or similar on the base elements 104 (rods 106) or directly Support on the carrier element or its coatings (webs 107). They can also be designed as a transparent layer 108, which covers the base elements. It is also possible to fasten the entire film (+ backing layer) in a “frame” that it has in common with the LED panel. Such a frame can also be open on several sides (to all sides), for example only from a limited number, for example, four "posts". Open to the side is advantageous because air can then circulate and the heat transport to the film becomes even smaller.
Die abstandhaltenden, thermisch und daher meist auch elektrisch isolierenden Elemente 106, 107, 108 können auch im Zusammenhang mit Konversionsfolien verwendet werden, welche die beschriebene Strukturierung mit dem ersten und zweiten Schichtaufbau nicht aufweisen. Wichtig ist dann die thermische Entkopplung zwischen einer eine Vielzahl von LED-Chips überspannenden Folie und den LED-Chips bzw. deren Träger und ggf. Basiselementen. Dies erlaubt wie bereits dargelegt die Verwendung von Farbstoffen, deren Effizienz in Funktion der Temperatur schon bei Temperaturen um 50°C rasch abnimmt.The spacing, thermal and therefore mostly also electrically insulating elements 106, 107, 108 can also be used in connection with conversion foils which do not have the described structuring with the first and second layer structure. The thermal decoupling between a film spanning a large number of LED chips and the LED chips or their carriers and possibly base elements is then important. As already explained, this allows the use of dyes, the efficiency of which, as a function of temperature, rapidly decreases at temperatures around 50 ° C.
Andererseits kann die Folie gemäss Figur 1 auch ohne die in Figur lb dargestellten Basiselemente zum Einsatz kommen. Die Bündelungswirkung, die diese Basiselemente haben, ist nicht unbedingt notwendig, sie erhöht aber den Wirkungsgrad der Einkoppelung in den ersten Schichtaufbau. Das Leuchtpaneel in Figur 2 ist beispielsweise ebenfalls nach dem in den Figuren 1, la und lb beschriebenen Prinzip aufgebaut. Es unterscheidet sich vom Leuchtpaneel von Fig. lb in folgenden Eigenschaften:On the other hand, the film according to FIG. 1 can also be used without the basic elements shown in FIG. 1b. The bundling effect that these basic elements have is not absolutely necessary, but it increases the efficiency of the coupling into the first layer structure. The light panel in FIG. 2 is also constructed, for example, according to the principle described in FIGS. 1, 1a and 1b. It differs from the light panel of Fig. Lb in the following properties:
Das Trägerelement 23 ist lokal räumlich zu Schalen gebogenen oder - wenn es mechanisch nicht steif ist - ist auf einem lokal schalenförmigen Stützelement aufgebracht. Dadurch gibt es eine Überschneidung der von den LED-Chips 25 einer Untergruppe - eine solche kann bspw. aus vier bis sechzehn LED-Chips bestehen - ausgesandten und von den blenden- oder hohlspiegelartigen Elementen 24 gebündelten Lichtstrahlen in einem Abstand d zum Trägerelement. Der Abstand d entspricht dem Abstand der Folie vom eigentlichen Paneel- Grundkörper 22. Das ganze Trägerelement kann insgesamt eine grosse Anzahl von rasterartig angeordneten, schalenartigen Abschnitten mit je einer Untergruppe von LED-Chips besitzen.The carrier element 23 is locally spatially bent into shells or - if it is not mechanically rigid - is applied to a locally shell-shaped support element. As a result, there is an overlap of those emitted by the LED chips 25 of a subgroup - such a module can consist, for example, of four to sixteen LED chips - and of the diaphragm-like or concave mirror-like ones Elements 24 bundled light beams at a distance d from the carrier element. The distance d corresponds to the distance of the film from the actual panel base body 22. The entire carrier element can have a large number of grid-like, shell-like sections, each with a subset of LED chips.
- Die Konversionsfolie 20 (oder Diffusor-Folie) besitzt optional an ihrer Hinterseite (d.h. der den LED-Chips zugewandten Seite) eine zusätzliche Maskenschicht 21, die Licht nur dort durchlässt, wo die eigentlichen Lichtstrahlen hin gerichtet sind. Dadurch werden eventuelle Randeffekte ausgeblendet.- The conversion film 20 (or diffuser film) optionally has an additional mask layer 21 on its rear side (i.e. the side facing the LED chips), which only lets light through where the actual light rays are directed. This will hide any edge effects.
Die LED-Chips emittieren in verschiedenen Wellenlängen. Das bedeutet nicht, dass notwendigerweise jeder Chip einer Untergruppe eine individuelle Wellenlänge haben muss, sondern dass mindestens zwei Chips einer Untergruppe verschiedene Emissionswellenlängen haben. Beispiele für eine Untergruppe von neun Chips sind Wellenlängen von 455, 457.5, 460, 462.5, 465, 467.5, 470, 472.5 und 475 nm falls die Folie eine Konversionsfolie ist oder 3 rote, 2 grüne und 4 blaue Chips falls die Folie eine Diffusor-Folie ist.The LED chips emit in different wavelengths. This does not mean that each chip in a sub-group must necessarily have an individual wavelength, but that at least two chips in a sub-group have different emission wavelengths. Examples of a subgroup of nine chips are wavelengths of 455, 457.5, 460, 462.5, 465, 467.5, 470, 472.5 and 475 nm if the film is a conversion film or 3 red, 2 green and 4 blue chips if the film is a diffuser Slide is.
Die hohlspielgelartigen oder blendenartigen optischen Elemente 24 können abweichend von der gezeichneten Ausführungsform auch untereinander zusammenhängend, also Teile eines Basiselementes 14 der in Fig. lb rechts gezeichneten Art sein.In contrast to the embodiment shown, the hollow-gel-like or diaphragm-like optical elements 24 can also be interconnected, that is to say parts of a base element 14 of the type shown on the right in FIG. 1b.
Der Vorteil dieses Vorgehens für den Fall von mehreren blaues Licht emittierenden LED-Chips ist in Figur 3 illustriert. Dort sind supponierte, jedoch realistische Emissionsspektren 32 von neun LED-Chips (feine durchgezogene Linien) sowie deren Summe 31 (dicke durchgezogene Linie), jeweils normiert, gezeichnet. Ebenfalls dargestellt ist das Absorptionsspektrum 33 eines Konversionsfarbstoffes. Der Darstellung kann man entnehmen, dass bei einer Verschiebung - beispielsweise aufgrund von Temperaturänderung, Alterung etc. - der zentralen Emissionswellenlänge eines einzelnen LED-Chips auch um beispielsweise weniger als 5 nm der Prozentsatz absorbierten Lichtes massiv ändern kann. Dadurch wird - das kann in der Praxis beobachtet werden - sich die vom Betrachter wahrgenommene Farbe des Leuchpaneels markant ändern, beispielsweise kann das Paneel als grün statt als weiss wahrgenommen werden. Bei einer erfindungsgemässen spektralen Verteilung ist hingegen derThe advantage of this procedure for the case of several blue light-emitting LED chips is illustrated in FIG. 3. There are implanted but realistic ones Emission spectra 32 of nine LED chips (fine solid lines) and their sum 31 (thick solid line), each standardized, drawn. Also shown is the absorption spectrum 33 of a conversion dye. The illustration shows that if the central emission wavelength of an individual LED chip is shifted, for example due to temperature change, aging, etc., the percentage of light absorbed can also change massively, for example by less than 5 nm. This will - as can be observed in practice - the color of the light panel perceived by the viewer change markedly, for example the panel can be perceived as green instead of white. In contrast, in the case of a spectral distribution according to the invention, the
Absorptionswirkungsgrad unempfindlich gegen eine Verschiebung des Emissionsspektrums um einige nm. Das Maximum des Summen- Emissionsspektrums liegt auch bei Verschiebungen von + 5 nm immer in der Nähe des Absorptionsmaximums.Absorption efficiency insensitive to a shift of the emission spectrum by a few nm. The maximum of the total emission spectrum is always close to the absorption maximum even with shifts of + 5 nm.
Figur 4 zeigt ein Organisches Lichtemittierendes Element (OLED), mit einer auflaminierten erfindungsgemässen Konversionsfolie. Der eigentliche Licht erzeugende Teil ist vereinfacht dargestellt. Er besitzt eine Licht emittierende Schicht 47, welche als Schicht aus transparentem Material mit kleinem Brechungsindex (beispielsweise Teflon, n=l.3) gegeben ist. Diese Schicht ist von einer ersten, reflektierenden Elektrode 48 (beispielsweise aus Aluminium) und einer zweiten, transparenten Elektrode 46 (beispielsweise ITO) umgeben ist. Darauf auflaminiert - oder sonstwie befestigt - ist die Reflexionsfolie mit zweitem Schichtaufbau bestehend aus Reflexionsschicht 45 und ersten Schichtaufbau, bestehend aus der optionalen zweiten Schutzsschicht 43, der Konversionsschicht 42 und der ersten Schutzschicht 41. Bezüglich der möglichen Materialien, Brechungsindizes sowie Geometrie der Übergangssstruktur 44 und Wirkungsweise wird auf die Beschreibung von Figur 1 verwiesen. Der Wirkungsgrad des OLED-Aufbaus wird wesentlich besser, wenn die Licht emittierende Schicht ebenfalls eine „Zick-Zack-Struktur" aufweist (d.h. Grenzflächen besitzt, welche zur Schichtungsebene einen Winkel bilden, siehe Figur 4a). Zwischen der an der Unter- (bzw. Hinter-)seite ebenen Reflexionsschicht 144 (d.h. dem zweiten Schichtaufbau) und den Elektroden und Licht emittierenden Schichtten entsteht daher ein Zwischenraum 148. Dieser Zwischenraum bzw. diese Zwischenräume 148 sind dann bspw. mit Luft oder einem Edelgas gefüllt. Ein ebenes Enden der Reflexionsschicht 144 gegen Luft, erhöht den Wirkungsgrad, und es findet kein lateraler Lichttransport in der lichtemittierenden Schicht 146 des OLED statt.FIG. 4 shows an organic light-emitting element (OLED) with a conversion film according to the invention laminated on. The actual light-generating part is shown in simplified form. It has a light-emitting layer 47, which is given as a layer made of transparent material with a small refractive index (for example Teflon, n = 1.3). This layer is surrounded by a first, reflective electrode 48 (for example made of aluminum) and a second, transparent electrode 46 (for example ITO). Laminated onto it - or attached in some other way - is the reflection film with a second layer structure consisting of reflection layer 45 and a first layer structure consisting of the optional second protective layer 43, the conversion layer 42 and the first protective layer 41. With regard to the possible materials, refractive indices and geometry of the transition structure 44 and Operation is referred to the description of Figure 1. The efficiency of the OLED structure is significantly better if the light-emitting layer also has a “zigzag structure” (ie has boundary surfaces which form an angle to the layering plane, see FIG. 4a) Therefore, a space 148 is created behind the) flat reflection layer 144 (ie the second layer structure) and the electrodes and light-emitting layers. This space or these spaces 148 are then filled with air or an inert gas, for example 144 against air increases the efficiency and there is no lateral light transport in the light-emitting layer 146 of the OLED.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Leuchtpaneels gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung. Auf einem vereinfacht dargestellten Trägerelement. 51 - es kann ein mit einer isolierenden Schicht und einer strukturierten Leiterschicht versehenes metallisches Substrat, eine beidseitig mit einer (teilweise strukturierten) Leiterschicht versehene Flex-Leiterplatte - bspw. aus Kapton - oder irgend ein anderes geeignetes Substrat sein - ist ein ungehäuster LED- Chip 52 dargestellt. Im Gegensatz zur vereinfachten Darstellung der vorangehenden Figuren ist der LED-Chip in einer typischen Form gezeichnet, in welcher er nebst einer vorderen Emissionsfläche 52.1 auch seitliche schräge Emissionsflächen 52.2 aufweist. Der Prozentsatz von Licht, welches durch diese seitlichen Emissionsflächen emittiert wird, ist substantiell. Der ganze Aufbau inklusive Drahtbond 53 (bspw. Golddraht, Durchmesser 25 μm) ist lokal - d.h. in einerFIG. 5 shows a cross section through a section of a light panel according to the second aspect of the invention. On a carrier element shown in simplified form. 51 - it can be a metallic substrate provided with an insulating layer and a structured conductor layer, a flex circuit board provided on both sides with a (partially structured) conductor layer - for example made of Kapton - or some other suitable substrate - is an unencapsulated LED chip 52 shown. In contrast to the simplified illustration of the preceding figures, the LED chip is drawn in a typical form, in which, in addition to a front emission surface 52.1, it also has lateral oblique emission surfaces 52.2. The percentage of light emitted by these side emission surfaces is substantial. The whole structure including wire bond 53 (e.g. gold wire, diameter 25 μm) is local - i.e. in a
Umgebung des LED-Chips 53 - mit einem Schichtaufbau versehen. Dieser besteht aus einer optionalen ersten Schutzschicht 54a, einer den Konversionsfarbstoff enthaltenden Schicht 54b und einer ebenfalls optionalen zweiten Schutzschicht 54c. Die Dicke des ganzen Schichtaufbaus ist so, dass er der Form des Chips folgt, also nicht bzw. nicht wesentlich dicker ist als dieser. Die Gesamtdicke ist beispielsweise kleiner oder gleich 2 μm. Die ersten und zweite Schutzschicht bestehen beispielsweise je aus SiOx, die Konversionsschicht 54b aus co-gesputterten SiOx und Farbstoff.Environment of the LED chip 53 - provided with a layer structure. This consists of an optional first protective layer 54a, a layer 54b containing the conversion dye and also an optional second protective layer 54c. The thickness of the entire layer structure is such that it follows the shape of the chip, that is to say that it is not or not significantly thicker than this. The total thickness is, for example, less than or equal to 2 μm. The first and second protective layers exist for example each made of SiO x , the conversion layer 54b made of co-sputtered SiO x and dye.
Für die Serienherstellung des Leuchtpaneels gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das ganze Paneel gleichzeitig in einem Batch-Prozess mit dem Schichtaufbauten versehen. Dazu wird eine Maske so positioniert, dass definierte Zonen entstehen, in denen jeweils ein Chip und allenfalls der Kontaktpad des bereits angebrachten Drahtbondes eingebettet ist. Anschliessend werden der Reihe nach ggf. die erste Schutzschicht, die Konversionsschicht und ggf. die zweite Schutzsschicht aufgesputtert. Anstelle eines Sputterprozesses kann auch ein anderes Vakuum- Beschichtungsverfahren angewandt werden. Alle Prozesse können ablaufen, ohne das Vakuum zu brechen. Anstelle von Vakuum-Beschichtungsprozessen sind auch andere Herstellungsverfahren denkbar, bspw. das Aufrakeln durch eine Maske.For the series production of the light panel according to the second aspect of the invention, the entire panel is provided with the layer structures at the same time in a batch process. For this purpose, a mask is positioned in such a way that defined zones are created, in each of which a chip and, if necessary, the contact pad of the wire bond already attached is embedded. The first protective layer, the conversion layer and, if necessary, the second protective layer are then sputtered on in sequence. Instead of a sputtering process, another vacuum coating process can also be used. All processes can run without breaking the vacuum. Instead of vacuum coating processes, other manufacturing processes are also conceivable, for example knife application using a mask.
Gemäss einer nicht gezeichneten Variante der Ausführungsform von Fig. 5 überzieht der Schichtaufbau („die Konversionshülle") mit der Konversionsfarbstoff enthaltenden Schicht 54b nicht nur je eine Umgebung jedes LED-Chips sondern das ganze Paneel oder mindestens mehrere LED-Chips aufweisende Teilflächen des Paneels. In dieser Variante kann die Maske bei der Herstellung entfallen. Pads zur späteren Kontaktierung des gesamten Aufbaus (d.h. für den Anschluss des Paneels oder von Teilstücken davon an eine elektrische Spannungsquelle) können dabei entweder abgedeckt werden, oder die Konversionshülle kann an den geeigneten Stellen durchbrochen werden. Die gezeichnete Variante mit der lokal begrenzten Hülle ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in der Nähe jedes Chips metallische Reflektoren vorhanden sind, welche einen Wärmeabtransport besorgen. Dann ist in Überziehen dieser Reflektoren mit einer Konversionsschicht im Allgemeinen eher unerwünscht. Leuchtpaneele gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung haben der Vorteil, dass sie inklusive Konversionsschicht sehr dünn sein können und dass in einem einfachen Batch-Prozess ein Schichtaufbau zur Verfügung gestellt werden kann, welcher sowohl eine Konversions- wie auch eine Schutzfunktion wahrnehmen kann.According to a variant of the embodiment of FIG. 5, not shown, the layer structure (“the conversion envelope”) not only covers the surroundings of each LED chip with the layer 54b containing the conversion dye, but also the entire panel or at least several partial areas of the panel that have LED chips. In this variant, the mask can be omitted during manufacture, and pads for subsequent contacting of the entire structure (ie for connecting the panel or parts thereof to an electrical voltage source) can either be covered or the conversion envelope can be broken through at the appropriate points The depicted variant with the locally delimited envelope is particularly useful if there are metallic reflectors in the vicinity of each chip, which provide for heat dissipation. In this case, coating these reflectors with a conversion layer is generally rather undesirable. Illuminated panels according to the second aspect of the invention have the advantage that they can be very thin, including the conversion layer, and that a layer structure can be provided in a simple batch process, which can perform both a conversion and a protective function.
In Figur 6 (untere Zeichnung) ist ein Leuchtpaneel nach dem zweiten Unteraspekt des zweiten Aspekts der Erfindung dargestellt. Die Konversionshülle - d.h. der Schichtaufbau aus optionalen ersten und zweiten Schutzschichten 64a, 64c und Konversionsschicht 64b - ist aber so ausgebildet, dass die vordere Kontaktfläche 62a des Chips 62 von ihr frei ist. Der Schichtaufbau bedeckt auch Kontaktflächen (,Contact Pads') des Trägerelements 62 (d.h. des Substrats) nicht. Dafür ist eine durchsichtige, elektrisch leitende Schicht 65 vorhanden, welche den Chip und seine Umgebung lokal bedeckt und einen elektrischen Kontakt zwischen den peripheren Kontaktflächen des Trägerelementes und der vorderen Kontaktfläche 62a des Chips herstellt. Diese Ausführungsform hat wie bereits ausgeführt die Vorteile, dass kein Drahtbond benötigt wird und dass ein Potential vorhanden ist, die Packungsdichte zu erhöhen.FIG. 6 (lower drawing) shows a light panel according to the second sub-aspect of the second aspect of the invention. The conversion envelope - i.e. however, the layer structure comprising optional first and second protective layers 64a, 64c and conversion layer 64b is designed such that the front contact surface 62a of the chip 62 is free of it. The layer structure also does not cover contact areas ('contact pads') of the carrier element 62 (i.e. the substrate). For this purpose, there is a transparent, electrically conductive layer 65 which locally covers the chip and its surroundings and establishes electrical contact between the peripheral contact surfaces of the carrier element and the front contact surface 62a of the chip. As already stated, this embodiment has the advantages that no wire bond is required and that there is a potential to increase the packing density.
Ein Verfahren zum Aufbringen der Konversionshülle kann wie folgt ausgestaltet sein:A method for applying the conversion envelope can be configured as follows:
In einem ersten Schritt werden die Chips auf dem Trägerelement positioniert, worauf mittels eines ,die-bond' -Prozesses die hintere Kontaktfkläche 62b der Chips mit einer entsprechenden Kontaktfläche des Trägerelements verbunden wird. Anschliessend werden eine erste und eine zweite Maske 66 bzw. 67 so positioniert, dass nur eine Umgebung jedes Chips freiliegt, aber die vordere Kontaktfläche 62a der Chips und auch die Konktaktpads des Trägerelements abgedeckt sind. Eine Darstellung der beiden Masken 66, 61 findet man in der oberen Zeichnung der Figur 6. Zum Abdecken der vorderen Kontaktfläche besitzt die zweite Maske 67 ein Abschirmelement 67b, welches beispielsweise durch einige radial verlaufende Drähte 67c gehalten wird. Das Abschirmelement 67b kann auf dem Chip aufliegen, da keine Drahtbonds vorhanden sind, welche durch die Maske beschädigt werden könnten. Als dritter Schritt erfolgt das Auftragen der Schichten der Konversionshülle in einem Vakuum-Batch-Prozess wie bspw. durch Sputtern. Dann wird die zweite Maske 67 weggeschwenkt, was die vordere Kontaktfläche der Chips und die Kontaktpads freilegt. Anschliessend erfolgt das Beschichten mittels ITO oder einem anderen transpartenten elektrisch leitenden Material. Vorzugsweise wird während des Prozesses das Vakuum nicht gebrochen.In a first step, the chips are positioned on the carrier element, whereupon the rear contact surface 62b of the chips is connected to a corresponding contact surface of the carrier element by means of a die bond process. A first and a second mask 66 and 67 are then positioned such that only one area around each chip is exposed, but the front contact surface 62a of the chips and also the contact pads of the carrier element are covered. A representation of the two masks 66, 61 can be found in the upper drawing of the figure 6. To cover the front contact surface, the second mask 67 has a shielding element 67b, which is held, for example, by a few radially extending wires 67c. The shielding element 67b can rest on the chip since there are no wire bonds which could be damaged by the mask. As a third step, the layers of the conversion envelope are applied in a vacuum batch process, such as by sputtering. Then the second mask 67 is pivoted away, exposing the front contact surface of the chips and the contact pads. The coating is then carried out using ITO or another transparent, electrically conductive material. The vacuum is preferably not broken during the process.
Die erste Maske 66 kann im Herstellungsprozess eventuell entfallen, nämlich dann, wenn alle LED-Chips (bzw. alle LED-Chips einer Teilfläche) elektrisch parallel geschaltet sind. Eine weitere Alternative ist das Kontaktieren mittels eines im Bereich des LED-Chips radial verlaufenden schmalen metallischen Streifens.The first mask 66 can possibly be omitted in the manufacturing process, namely when all LED chips (or all LED chips of a partial area) are electrically connected in parallel. Another alternative is to contact by means of a narrow metallic strip running radially in the area of the LED chip.
Die relative Positionsgenauigkeit zwischen jedem Chip eines Paneels und jedem entsprechenden Maskenteil muss in x- und y-Richtung (d.h. beiden Richtungen in der Trägerelement-Ebene) jeweils innerhalb von höchstens + 70 μm liegen. Das ist auch für grosse Paneele noch erreichbar. Die abzuschattende vordere Kontaktfläche der Chips hat einen Durchmesser von bspw. 120 μm. Damit die radial verlaufenden Drähte keine unerwünschten offenen Bahnen in der Konversionshülle verursachen sollten diese einen minimalen Abstand vom Chip haben. Die Drähte sind deshalb entsprechend gebogen.The relative positional accuracy between each chip of a panel and each corresponding mask part in the x and y directions (i.e. both directions in the plane of the carrier element) must be within a maximum of + 70 μm. This is still achievable even for large panels. The front contact surface of the chips to be shaded has a diameter of, for example, 120 μm. So that the radial wires do not cause unwanted open paths in the conversion envelope, they should be kept a minimum distance from the chip. The wires are therefore bent accordingly.
In Figur 6a ist Ausführungsform gemäss dem Prinzip von Figur 6 gezeichnet. Der gezeichneten Ausschnitt aus einem Leuchtpaneel 160 weist einen auf einem Substrat 161 aufgebrachten LED-Chip 162 auf. Dieser ist Hilfe einer der zweiten Maske 67 von Fig. 6 entsprechenden Maske mit einer elektrisch isolierenden, transparenten Schutzschicht 164a versehen, welche sich auch auf eine Umgebung des Chips erstrecken kann. Auf dieser befindet sich eine transparente, elektrisch leitende Schicht 165 (bspw. ITO), welche einen elektrischen Kontakt zwischen der vorderen Chip-Kontaktfläche 162a und einem peripher angeordneten Kontakt'pad' bewirkt. Die transparente, elektrisch leitende Schicht 165 ist bspw. mit Hilfe einer der ersten Maske von Fig. 6 entsprechenden Maske strukturiert. Alternativ zu der transparenten, elektrisch leitenden Schicht kann auch eine Kontaktierung über streifenförmige, metallische Elemente, bspw. erfolgen, beispielsweise über Aluminiumstreifen. Der ganze Aufbau ist mit einem Schichtsystem versehen, welches auf einem Träger, nämlich einer Trägerfolie 166a - hier aus amorphem Teflon - aufgebracht ist. Bei dem Schichtsystem handelt es sich in der gezeichneten Ausführungsform um das vorstehend beschriebene Schichtsystem mit einem zweiten Schichtaufbau 166b (hochbrechende Reflexionsschicht) und einem ersten Schichtaufbau 166c (Konversionsschicht und optional Schutzschichten aus bspw. Teflon oder SiOx). Das Schichtsystem ist vorzugsweise flächig aufgebracht, d.h. es bedeckt mindestens eine Teilfläche des ganzen Paneels, welche eine Mehrzahl von LED-Chips beinhaltet.In Figure 6a embodiment is drawn according to the principle of Figure 6. The drawn section from a light panel 160 has an LED chip 162 applied to a substrate 161. This is the help of one of the second masks 67 6 mask provided with an electrically insulating, transparent protective layer 164a, which can also extend to an environment of the chip. A transparent, electrically conductive layer 165 (for example ITO) is located thereon, which brings about an electrical contact between the front chip contact surface 162a and a peripherally arranged contact pad. The transparent, electrically conductive layer 165 is structured, for example, with the aid of a mask corresponding to the first mask from FIG. 6. As an alternative to the transparent, electrically conductive layer, contact can also be made via strip-shaped, metallic elements, for example via aluminum strips. The entire structure is provided with a layer system which is applied to a carrier, namely a carrier film 166a - here made of amorphous Teflon. In the illustrated embodiment, the layer system is the layer system described above with a second layer structure 166b (high-index reflective layer) and a first layer structure 166c (conversion layer and optionally protective layers made of, for example, Teflon or SiO x ). The layer system is preferably applied flat, ie it covers at least a partial area of the entire panel, which contains a plurality of LED chips.
Die Konversionsfolie (bestehend aus Trägerfolie 166a und Schichtsystem) kann eben grossflächig hergestellt und nachträglich heiss auf das Paneel aufgebracht werden, so dass es die Form des Chips mitmacht. Dies kann mittels eines Formenstempels oder mit einem Gas mit leichtem Überdruck geschehen. Am besten wird das LED-Paneel ganzflächig mit der Konversionsfolie versehen und die Folie wo nötig nachträglich lokal durch Ätzen, oder Lasern oder Schneiden und abziehen (o.a.) entfernt.The conversion film (consisting of carrier film 166a and layer system) can be produced over a large area and subsequently applied hot to the panel so that it follows the shape of the chip. This can be done using a die or a gas with a slight positive pressure. It is best to cover the entire area of the LED panel with the conversion film and, where necessary, to subsequently remove the film locally by etching, or lasering or cutting and peeling (or similar).
Die Konversionsfolie adressiert das auch bei den Ausführungsformen von Fig. 5 und 6 vorhandene Problem des vom Konversionsfarbstoff zurückgestrahlten Lichtes. Es muss verhindert werden, dass ein grosser Teil des sekundären Lichtes einfach wieder vom Chip geschluckt wird. Die Konversionsfolie von Figur 6a wirkt wie die Ausführungsform vom Fig. 1 und bringt eine unter Umständen starke Erhöhung des Anteils an ausgekoppeltem Sekundärlicht. Die Konversionsfolie mit der niedrigbrechenden Trägerfolie (n=l.3) hat den kleinen Nachteil, dass im Vergleich zu n=1.5 weniger primäres Licht aus dem Chip ausgekoppelt wird. Dank der schiefen Seitenflächen des Chip beträgt diese Reduktion aber nur 1%, was durch die vorteilhafte Wirkung der Konversionsfolie natürlich mehr als kompensiert wird. Insgesamt resultiert eine wesentliche Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades.The conversion film addresses the problem of the light reflected by the conversion dye, which is also present in the embodiments of FIGS. 5 and 6. It must be prevented that a large part of the secondary light is simply swallowed again by the chip. The conversion film of Figure 6a acts like that Embodiment of Fig. 1 and brings a strong increase in the proportion of coupled secondary light. The conversion film with the low refractive index carrier film (n = 1.3) has the small disadvantage that less primary light is coupled out of the chip compared to n = 1.5. Thanks to the slanted side surfaces of the chip, this reduction is only 1%, which of course is more than compensated for by the advantageous effect of the conversion film. Overall, there is a significant increase in overall efficiency.
Die Konversionsfolie kann - dies lediglich als Beispiel - wie folgt hergestellt sein:The conversion film can - as an example only - be produced as follows:
Es wird eine Formfläche mit Pyramiden (gemäss Fig. 1 und Fig. la oder vergleichbar) verwendet. Solche exisiteren bspw. in der Form von anisotrop geätztem Silizium. Diese wird mit einem dünnen Film beschichtet, welche später ein Ablösen der Folie ermöglicht. Dann wird die Konversionsschicht bzw. der erste Schichtaufbau bspw. durch Co-Sputtern wie hergestellt. Anschliessend erfolgt ein Füllen der Struktur mit der Reflexionsschicht (d.h. dem zweiten Schichtaufbau), bspw. in der Form von Resist aus Polyimid, oder ein Sol-Gel-Prozess für HMO-Glas. Dann wird die Trägerfolie aus transparentem Teflon auf die entstandene ebene Oberfläche auflaminiert, und die Form wird abgezogen und ist u.U. wiederverwendbar.A shaped surface with pyramids (according to FIG. 1 and FIG. La or comparable) is used. Such existent, for example in the form of anisotropically etched silicon. This is coated with a thin film, which later enables the film to be removed. Then the conversion layer or the first layer structure is produced, for example, by co-sputtering. The structure is then filled with the reflection layer (i.e. the second layer structure), for example in the form of a resist made of polyimide, or a sol-gel process for HMO glass. Then the carrier film made of transparent Teflon is laminated onto the resulting flat surface, and the mold is pulled off and may be reusable.
Die im Vergleich zu Figur 6 in Figur 6a zwischen der ITO-Schicht und der Konversionsschicht vertauschte Schichtenreihenfolge kann natürlich auch bei Ausführungsformen zum Einsatz kommen, bei denen kein erfindungsgemäss strukturiertes Schichtsystem mit erstem und zweitem Schichtaufbau verwendet wird. Die Konversionsfolie von Fig. 6a kann auch im Aufbau analog zu Fig. 5 verwendet werden, wobei dann die Konversionsfolie an Stellen von eventuell vorhandenen Drahtbonds entsprechende Aussparungen aufweisen kann, damit beim Auftragen die Kontaktierungen nicht beschädigt werden.The sequence of layers exchanged between the ITO layer and the conversion layer in comparison to FIG. 6a in FIG. 6a can of course also be used in embodiments in which no layer system structured according to the invention with the first and second layer structure is used. The conversion film of FIG. 6a can also be used in the construction analogous to FIG. 5, the conversion film then being used in places of any that may be present Wire bonds can have corresponding recesses so that the contacts are not damaged during application.
In den folgenden Figuren wird der mögliche Aufbau von Konversionsfolien gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung diskutiert. Die Folien gemäss der Figuren können - müssen aber nicht - zusätzlich zu den gezeichneten Merkmalen gemäss dem ersten Unteraspekt ausgestaltet sein und also Strukturen aufweisen, welche einen ersten und zweiten Schichtaufbau beinhalten, wobei Grenzflächen zwischen dem ersten und zweiten Schichtaufbau zu der Schichtungsebene einen Winkel bilden oder gewellt sind. Die Folien können auch gemäss dem zweiten Unteraspekt des ersten Aspekts verwendet werden.The possible construction of conversion foils according to the first aspect of the invention is discussed in the following figures. The films according to the figures can - but do not have to - be designed in addition to the drawn features according to the first sub-aspect and thus have structures which contain a first and second layer structure, interfaces between the first and second layer structure forming an angle with the layering plane or are curled. The foils can also be used according to the second sub-aspect of the first aspect.
In Figur 7a ist die schematische, nicht massstäbliche Querschnitt einer zweilagigen Schutzfolie gezeigt, wobei die erste Lage 211 im von der zweiten Lage 212 geschützten Oberflächenbereich Farbstoff bzw. Phosphor 213 zur Licht-Konversion oder -Filterung beinhaltet. Die beiden Lagen 211 und 212 bestehen aus einer. hochtransparenten, langzeitstabilen Schutzfolie, also beispielsweise aus am Markt erhältlichen FEP oder PFA Folien der Firma Dupont. In die Folie 211 ist einseitig die für die gewünschte Konversion oder Filterung einer Lichtfarbe notwendige Farbstoffmenge 213 eingebracht.FIG. 7a shows the schematic cross-section, not to scale, of a two-layer protective film, the first layer 211 in the surface area protected by the second layer 212 containing dye or phosphorus 213 for light conversion or filtering. The two layers 211 and 212 consist of one. highly transparent, long-term stable protective film, for example made of Dupont FEP or PFA films available on the market. The amount of dye 213 required for the desired conversion or filtering of a light color is introduced into the film 211 on one side.
Dieses Einbringen kann beispielsweise so geschehen, dass der notwendig Farbstoff 213 auf die, über ihren Glaspunkt hinaus (in unseren Beispiel also ca. auf 300°C) erwärmte Folie 211 aufgestreut und mit leichtem Druck eingewalzt wird. Die totale Dicke der Folie 211 liegt beispielsweise zwischen ca. 50 bis 200 μm, diejenige der Farbstoff 213 enthaltenden Schicht beispielsweise zwischen 20 bis 100 μm.This introduction can take place, for example, in such a way that the necessary dye 213 is sprinkled onto the foil 211, which is heated beyond its glass point (in our example, therefore, to about 300 ° C.) and rolled in with slight pressure. The total thickness of the film 211 is, for example, between approximately 50 to 200 μm, that of the layer containing dye 213, for example, between 20 to 100 μm.
Die ebenfalls erwärmte, beispielsweise zwischen 20 bis 100 dicke, zweite Folie 212 wird direkt anschliessend an diesen Vorgang auflaminiert.The second film 212, which is likewise heated, for example between 20 and 100 thick, is laminated on directly after this process.
Es entsteht eine äusserst kostengünstig herstellbare Schutzfolie mit nahezu homogenem Übergang von Folie 211 zu Folie 212, die in ihrer beidseitig geschützten Mitte den gewünschten Farbstoff 213 beinhaltet.The result is an extremely cost-effective protective film with an almost homogeneous transition from film 211 to film 212, which contains the desired dye 213 in its center, which is protected on both sides.
Unter gewissen Umständen kann ein Nachteil des Aufbaus nach Fig. 7a sein, dass es schwierig ist eine grosse Homogenität der Farbstoffverteilung über die gesamte Folienfläche einzuhalten.Under certain circumstances, a disadvantage of the structure according to FIG. 7a can be that it is difficult to maintain a large homogeneity of the dye distribution over the entire film surface.
Der in Figur 7b gezeigte, schematische, nicht massstäbliche Querschnitt einer Schutzfolie behebt diesen möglichen Nachteil.The schematic, non-scale cross section of a protective film shown in FIG. 7b eliminates this possible disadvantage.
Auch diese Schutzfolie besteht im Wesentlichen aus zwei Lagen 211 und 212 einer hochtransparenten, langzeitstabilen Schutzfolie, also beispielsweise aus am Markt erhältlichen FEP oder PFA Folien der Firma Dupont. Dasselbe kann für transparente Lagen der Schutzfolien der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten. Neben diesen Folienmaterialien kommen auch andere bspw. an sich bekannte Folienmaterialien in Frage Der zur Farb-Konversion- oder Filterung notwendige Farbstoff 213 ist homogen in ein geeignetes Matrixmaterial 214 eingemischt. Dieser Mischungsprozess findet unabhängig und mit grosser Genauigkeit statt. Das Matrixmaterial 214 kann beispielsweise aus hochtransparentem gelöstem amorphen Teflon AF der Firma Dupont oder aus einem hochtransparenten hoch viskosen Silikon bestehen.This protective film also essentially consists of two layers 211 and 212 of a highly transparent, long-term stable protective film, for example of FEP or PFA films from Dupont available on the market. The same can apply to transparent layers of the protective films of the embodiments described below. In addition to these film materials, other film materials known per se, for example, are also suitable The dye 213 required for color conversion or filtering is homogeneously mixed into a suitable matrix material 214. This mixing process takes place independently and with great accuracy. The matrix material 214 can consist, for example, of highly transparent, dissolved amorphous Teflon AF from Dupont or of a highly transparent, highly viscous silicone.
Im Falle der Verwendung von Silikon als Matrixmaterial sind die beiden Folien 211 und 12 beispielsweise mittels Ätzen oder geeigneter Plasmabehandlung einseitig so präpariert, dass Silikon auf ihnen haftet. Entsprechend vorbereitete Folien sind direkt von Dupont erhältlich.If silicone is used as the matrix material, the two foils 211 and 12 are prepared on one side, for example by means of etching or a suitable plasma treatment, in such a way that silicone adheres to them. Prepared foils are available directly from Dupont.
Die Herstellung des Aufbaus nach Fig. 7b erfolgt beispielsweise indem die homogene Mischung aus Farbstoff 213 und Matrixmaterial 214 mit einem geeigneten Verfahren wie beispielsweise Rakeln in homogener Dicke auf die Folie 211 aufgebracht wird.The structure according to FIG. 7b is produced, for example, by applying the homogeneous mixture of dye 213 and matrix material 214 to the film 211 in a homogeneous thickness using a suitable method such as, for example, doctor blades.
Im Falle der Verwendung von gelöstem Teflon AF als Matrixmaterial folgt nun ein Austreiben des Lösungsmittels, was bei Temperaturen von ca. 100°C geschehen kann. Danach wird bei Temperaturen in der Gegend von ca. 300°C die zweite Folie 212 auf laminiert.If dissolved Teflon AF is used as the matrix material, the solvent is then driven off, which can happen at temperatures of approx. 100 ° C. The second film 212 is then laminated on at temperatures in the region of approximately 300 ° C.
Im Falle der Verwendung von Silikon als Matrixmaterial kann allenfalls zunächst eine teilweise Aushärtung des Silikons erfolgen. Anschliessend wird die zweite Folie 212 auflaminiert und das Silikon ausgehärtet. Die Dicke der Folien 211 und 212 liegen beispielsweise zwischen ca. 20 bis 200 μm, diejenige der Farbstoff 213 enthaltenden Matrixschicht 214 beispielsweise zwischen 20 bis 100 μm.If silicone is used as the matrix material, the silicone may at first be partially cured. The second film 212 is then laminated on and the silicone is cured. The thickness of the foils 211 and 212 are, for example, between approximately 20 to 200 μm, that of the matrix layer 214 containing dye 213, for example, between 20 to 100 μm.
Figur 7c zeigt einen Schutzfolienaufbau nach Fig. 7b, dessen Schutzfunktion und Langzeit-Stabilität verbessert ist, indem die gesamte Folie, mit einem geeigneten Vakuumverfahren wie beispielsweise Sputtern oder Bedampfen, nachträglich beidseitig mit einer zusätzlichen, einige 0J bis 10 μm dicken, anorganischen Schutzschicht 215 beispielsweise aus SiOx oder SiNxOx beschichtet ist. Selbstverständlich wäre es auch möglich eine Folie nach Fig. 7a entsprechend zu beschichten. Auch eine bloss einseitige Beschichtung mit einer anorganischen Schutzschicht ist möglich.FIG. 7c shows a protective film structure according to FIG. 7b, the protective function and long-term stability of which is improved by the entire film, with a suitable vacuum method such as sputtering or vapor deposition, subsequently on both sides with an additional inorganic protective layer 215, some 0J to 10 μm thick is coated, for example, from SiO x or SiN x O x . Of course, it would also be possible to coat a film according to FIG. 7a accordingly. A one-sided coating with an inorganic protective layer is also possible.
Der Aufbau nach Figur 7d unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 7c dadurch, dass sich die beiden Schichten aus anorganischem Schutzmaterial 215 sich im Innern der Folie in unmittelbarer Nachbarschaft des mit Farbstoff 213 vermischten Matrixmaterials 214 befinden.The structure according to FIG. 7d differs from that according to FIG. 7c in that the two layers of inorganic protective material 215 are located in the interior of the film in the immediate vicinity of the matrix material 214 mixed with dye 213.
Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei Biegebelastungen die Schutzschichten 215 nicht rissig werden oder dies mindestens erst bei wesentlich stärkeren Belastungen auftritt.This has the advantage that, for example in the case of bending loads, the protective layers 215 do not crack or this at least only occurs when the loads are significantly higher.
Die Herstellung der Schutzfolie nach Fig. 7d erfolgt bspw., indem die beiden Folien 211 und 212 bereits vor der späteren Erstellung des Verbundes mindestens je einseitig mit der anorganischen Schutzschicht 215 versehen werden. Figur 7e zeigt einen Aufbau gemäss Fig.7c, bei dem die beiden aussen liegenden anorganischen Schutzschichten 215 durch zwei zusätzliche Schichten 216 vor Rissbildung geschützt sind. Die beiden zusätzliche Schutzschichten 216 sind beispielsweise ebenfalls aus FEP-Folie, wobei eine Dicke von 10 bis 50 μm genügenden Schutz bietet.The protective film according to FIG. 7d is produced, for example, by providing the two films 211 and 212 with the inorganic protective layer 215 on at least one side before the composite is subsequently created. FIG. 7e shows a structure according to FIG. 7c, in which the two external inorganic protective layers 215 are protected against cracking by two additional layers 216. The two additional protective layers 216 are, for example, also made of FEP film, a thickness of 10 to 50 μm providing sufficient protection.
In Figur 8a ist die schematische, nicht massstäbliche Querschnitt einer mehrlagigen Schutzfolie gezeigt, wobei die erste Lage 221 im von der zweiten Lage 222a geschützten Oberflächenbereich Farbstoff bzw. Phosphor 223a zur Licht-Konversion oder -Filterung beinhaltet. Die zweite Lage 222a wiederum beinhaltet im von der nächsten Lage 222b geschützten Oberflächenbereich Farbstoff bzw. Phosphor 223b zur Licht-Konversion oder -Filterung.FIG. 8a shows the schematic, not to scale, cross section of a multi-layer protective film, the first layer 221 in the surface area protected by the second layer 222a containing dye or phosphorus 223a for light conversion or filtering. The second layer 222a in turn contains dye or phosphor 223b in the surface area protected by the next layer 222b for light conversion or filtering.
Sinnvoll sind solche, wie in Figur 8a aber auch in Fig. 8b, 8c, 8d gezeigte, Aufbauten mit mehreren Farbschichten beispielsweise dann, wenn eine stufenweise Farbkonversion - also beispielsweise von ultraviolett zu blau und dann von blau zu weiss - erfolgen soll und/oder wenn nach einer Farbkonversion beispielsweise überschüssiges nicht konvertiertes Licht herausgefiltert werden soll.Such structures, as shown in FIG. 8a but also in FIGS. 8b, 8c, 8d, with several layers of color are useful, for example, if a gradual color conversion - for example from ultraviolet to blue and then from blue to white - is to take place and / or if, for example, after a color conversion, excess unconverted light is to be filtered out.
Das Einbringen der Farbstoffe 123a und 123b sowie das Zusammenfügen der Folien 121 mit 122a und 122a mit 122b erfolgt bspw. lagenweise wie im Aufbau nach Figur 7a geschildert.The dyes 123a and 123b are introduced and the foils 121 with 122a and 122a with 122b are joined together, for example, in layers as described in the structure according to FIG. 7a.
Es ist auch möglich auf entsprechende Art Aufbauten mit noch mehr unterschiedlichen Lagen von Konversions- bzw. Filterfarbstoffen herzustellen. Ein Nachteil des Aufbaus nach Fig. 8a kann unter gewissen Umständen sein, dass es schwierig ist eine grosse Homogenität der Verteilung der Farbstoffe 223a und 223b über die gesamte Folienfläche einzuhalten. Der in Figur 8b gezeigte, schematische, nicht massstäbliche Querschnitt einer mehrlagigen Schutzfolie behebt, diesen möglichen Nachteil.It is also possible in a corresponding way to produce structures with even more different layers of conversion or filter dyes. A disadvantage of the construction according to FIG. 8a can, under certain circumstances, be that it is difficult to have a large homogeneity in the distribution of the dyes 223a and 223b to be observed over the entire film surface. The cross-section of a multilayer protective film shown in Figure 8b, schematic, not to scale, resolves this potential disadvantage.
Auch diese Schutzfolie besteht im Wesentlichen aus Lagen 221, 222a und 222b einer hochtransparenten, langzeitstabilen Schutzfolie, also beispielsweise aus am Markt erhältlichen FEP oder PFA Folien der Firma Dupont. Die zur Farb-Konversion- oder Filterung notwendigen Farbstoffe 223a und 223b sind homogen in geeignete Matrixmaterialien 224a und 224b eingemischt. Dieser Mischungsprozess findet unabhängig und bspw. mit grosser Genauigkeit statt. Die Matrixmaterialen 224a und 224b können beispielsweise aus hochtransparentem gelöstem amorphen Teflon AF der Firma Dupont oder aus einem hochtransparenten hochviskosen Silikon bestehen.This protective film also essentially consists of layers 221, 222a and 222b of a highly transparent, long-term stable protective film, for example of FEP or PFA films from Dupont available on the market. The dyes 223a and 223b required for color conversion or filtering are homogeneously mixed into suitable matrix materials 224a and 224b. This mixing process takes place independently and, for example, with great accuracy. The matrix materials 224a and 224b can consist, for example, of highly transparent, dissolved amorphous Teflon AF from Dupont or of a highly transparent, highly viscous silicone.
Im Falle der Verwendung von Silikon als Matrixmaterial sind die Folien 221, 222a und 222b beispielsweise mittels Ätzen oder geeigneter Plasmabehandlung einseitig so präpariert, dass Silikon auf ihnen haftet. Entsprechend vorbereitete Folien sind direkt von Dupont erhältlich.If silicone is used as the matrix material, the foils 221, 222a and 222b are prepared on one side, for example by means of etching or a suitable plasma treatment, in such a way that silicone adheres to them. Prepared foils are available directly from Dupont.
Die Herstellung des Aufbaus nach Fig. 8b erfolgt lagenweise entsprechend dem bezüglich Fig. 8b geschilderten Vorgehen. Die Dicke der Folien 221, 222a und 222b liegen beispielsweise zwischen ca. 20 bis 200 μm, diejenige der Farbstoff 223a und 223b enthaltenden Matrixschicht 224a und 224b beispielsweise zwischen 20 bis 100 μm.The structure according to FIG. 8b is produced in layers according to the procedure described with reference to FIG. 8b. The thickness of the foils 221, 222a and 222b are, for example, between approximately 20 to 200 μm, that of the matrix layers 224a and 224b containing dye 223a and 223b, for example between 20 to 100 μm.
Figur 8c zeigt einen Schutzfolienaufbau nach Fig. 8b, dessen Schutzfunktion und Langzeit-Stabilität verbessert ist, indem die gesamte Folie, mit einem geeigneten Vakuumverfahren wie beispielsweise Sputtern oder Bedampfen, nachträglich beidseitig mit einer zusätzlichen, einige OJ bis 10 μm dicken, anorganischen Schutzschicht 225 beispielsweise aus SiOx oder SiNxOx beschichtet ist. Selbstverständlich wäre es auch möglich eine Folie nach Fig. 8a entsprechend zu beschichten.FIG. 8c shows a protective film structure according to FIG. 8b, the protective function and long-term stability of which is improved by the entire film subsequently, using a suitable vacuum method, such as sputtering or vapor deposition is coated on both sides with an additional, some OJ to 10 μm thick, inorganic protective layer 225, for example made of SiO x or SiN x O x . Of course, it would also be possible to coat a film according to FIG. 8a accordingly.
Der Aufbau nach Figur 8d unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 8c dadurch, dass sich die beiden Schichten aus anorganischem Schutzmaterial 225 im Innern der Folie in unmittelbarer Nachbarschaft des mit Farbstoff 223a bzw. 223b vermischten Matrixmaterials 224a bzw. 224b befinden.The structure according to FIG. 8d differs from that according to FIG. 8c in that the two layers of inorganic protective material 225 are located in the interior of the film in the immediate vicinity of the matrix material 224a or 224b mixed with dye 223a or 223b.
Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei Biegebelastungen die Schutzschichten 215 nicht rissig werden oder dies mindestens erst bei wesentlich stärkeren Belastungen auftritt. Die Herstellung der Schutzfolie nach Fig. 8d erfolgt bspw., indem die beiden Folien 221 und 222b bereits vor der späteren Erstellung des Verbundes mindestens je einseitig mit der anorganischen Schutzschicht 225 versehen werden.This has the advantage that, for example in the case of bending loads, the protective layers 215 do not become cracked, or at least this only occurs when the loads are significantly higher. The protective film according to FIG. 8d is produced, for example, by providing the two films 221 and 222b with the inorganic protective layer 225 on at least one side before the composite is subsequently created.
Figur 9a zeigt eine im Wesentlichen gemäss Fig. 7b aufgebaute Schutzfolie, die seih von der Folie gemäss Fig. 7b dadurch unterscheidet, dass die Mischung aus Farbstoff und Matrixmaterial 233 nicht ganzflächig in der gesamten Folie, sondern nur zonenweise vorhanden ist. Die Zwischenräume 234 zwischen den Zonen 233 können allenfalls mit dem unvermischten Matrixmaterial ausgefüllt oder einfach hohl sein.FIG. 9a shows a protective film constructed essentially according to FIG. 7b, which differs from the film according to FIG. 7b in that the mixture of dye and matrix material 233 is not present over the entire area, but only in zones. The gaps 234 between the zones 233 can at most be filled with the unmixed matrix material or simply be hollow.
Das zonenweise Auftragen der Mischung 233 und allenfalls des unvermischten Matrixmaterials in die Zwischenräume 234 kann beispielsweise siebdruckartig, also durch Rakeln mit entsprechenden Sieben, erfolgen. Ein Aufbau nach Fig. 9a ist dazu geeignet ausgehend von monochromatischem Licht ein zweifarbigesThe zone-by-zone application of the mixture 233 and at most the unmixed matrix material into the intermediate spaces 234 can be carried out, for example, in the manner of screen printing, that is by knife coating with appropriate screens. A structure according to Fig. 9a is for this suitable a two-tone based on monochromatic light
Erscheinungsbild der Schutzfolie zu erzeugen.To create the appearance of the protective film.
Figur 9b unterscheidet sich von Fig. 9a dadurch, dass die Zonen 233a und 233b unterschiedliche Farbstoffe beinhalten. Natürlich können weitere Zonen mit weiteren Farbstoffen vorhanden sein. Ein Aufbau nach Fig. 9b ist dazu geeignet, ausgehend von monochromatischem Licht ein vielfarbiges Erscheinungsbild der Schutzfolie zu erzeugen.Figure 9b differs from Figure 9a in that zones 233a and 233b contain different dyes. Of course, there may be other zones with other dyes. A structure according to FIG. 9b is suitable for producing a multicolored appearance of the protective film based on monochromatic light.
Figur 9c unterscheidet sich im Wesentlichen von Fig. 9b dadurch, dass die Zonen mit unterschiedlichen Farbstoffen 233a und 233b, ähnlich wie in Fig. 8b gezeigt, in, allenfalls mittels einer Zwischenfolie 232a getrennten, unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Dies kann erstens den herstellungsmässigen Vorteil haben, dass ein sehr scharfer Übergang von Farbe zu Farbe erzeugbar ist. Zweitens können sich die Zonen 233a und 233b - wie im linken Teil von Fig. 9d gezeigt - teilweise überlagern, womit zusätzliche Farbeffekte erzeugbar sind.FIG. 9c essentially differs from FIG. 9b in that the zones with different dyes 233a and 233b, similar to that shown in FIG. 8b, are arranged in different layers, at most separated by an intermediate film 232a. Firstly, this can have the manufacturing advantage that a very sharp transition from color to color can be produced. Second, zones 233a and 233b can - as shown in the left part of FIG. 9d - partially overlap, which can be used to produce additional color effects.
Der rechte Teil von Fig. 9d verdeutlicht die Möglichkeit, Zonen Mischungen 233a und 233b bzw. Zonen mit unvermischtem Matrixmaterial 234a und 234b in unterschiedlichen Lagen pixelartig so anzuordnen, dass mehrere solche Pixel vom Licht einer - in Fig. 9d unten angedeuteten - LED durchschienen werden. Zusätzlich können sich - wie links in Fig. 9d gezeigt - die Pixel unterschiedlicher Lagen teilweise oder ganz überlagern.The right part of FIG. 9d illustrates the possibility of arranging zone mixtures 233a and 233b or zones with unmixed matrix material 234a and 234b in different positions in a pixel-like manner in such a way that several such pixels are shined through by the light of an LED - indicated in FIG. 9d below , In addition, as shown on the left in FIG. 9d, the pixels of different layers can partially or completely overlap.
Wenn die Lichtfarbe der LED beispielsweise blau ist und beispielsweise Mischungen 233a und 233b vorhanden sind, von denen eine das blau Licht zu grün und die andere das blaue zu rot wandelt, lassen sich bei einer den Betrachtungsabstand angemessenen Feinheit der Pixel für den Betrachter -stehende und nicht dynamisch veränderliche - farbige Bilder mit einer nahezu beliebigen Farbenvielfalt erzeugen.For example, if the light color of the LED is blue and there are, for example, mixtures 233a and 233b, one of which converts the blue light to green and the other the blue to red, one can determine the viewing distance appropriate pixel fineness for the viewer - standing and not dynamically changeable - generate colored images with almost any color variety.
Für derartige Schutzfolien, die aus Abständen von einigen Metern und mehr betrachtet werden sollen, kann die notwendige Auflösung der Pixel durchaus mittels siebdruckartigen Verfahren hergestellt werden. Für Schutzfolien die aus kleinen Abständen betrachtet werden sollen, ist es beispielsweise eine Möglichkeit die Farbstoffe schichtenweise zunächst ganzflächig aufzubringen und anschliessend die notwendigen feinen Pixelstrukturen photolithographisch zu erzeugen.For protective films of this type, which are to be viewed from distances of a few meters and more, the necessary resolution of the pixels can certainly be produced by means of screen-printing processes. For protective films that are to be viewed from small distances, it is possible, for example, first to apply the dyes in layers over the entire surface and then to produce the necessary fine pixel structures photolithographically.
Figur 10 zeigt eine prinzipiell gemäss Fig. 7a aufgebaute Schutzfolie, welche zusätzlich zur optischen Funktion Lichtfarbkonversion oder -filterung, die optische Funktion diffuse Lichtstreuung erfüllt. Selbstverständlich könnte die Folie prinzipiell auch gemäss einer beliebigen der Figuren la bis 4d aufgebaut sein.FIG. 10 shows a protective film constructed in principle according to FIG. 7a, which, in addition to the optical function of light color conversion or filtering, fulfills the optical function of diffuse light scattering. In principle, the film could of course also be constructed in accordance with any one of FIGS. 1a to 4d.
Im gezeigten Fall und in allen anderen denkbaren Fällen ist zusätzlich zu dem sonstigen Aufbau der Schutzfolie eine weitere Lage 254 vorhanden. Obwohl diese Lage 254 diffuses Licht erzeugen soll besteht sie vorteilhafterweise aus einem der bisher diskutierten dauerhaft hochtransparenten, langzeitstabilen Kunststoffe wie FEP oder Silikon. Dies aus dem Grunde, dass trübe werdende Folien nicht zwar auch diffuses Licht erzeugen aber hauptsächlich Licht absorbieren. Lichtabsorption ist in unserem Falle aber völlig unerwünscht.In the case shown and in all other conceivable cases, a further layer 254 is present in addition to the other structure of the protective film. Although this layer 254 is intended to produce diffuse light, it advantageously consists of one of the previously highly permanently transparent, long-term stable plastics such as FEP or silicone. This is due to the fact that films that become cloudy do not also generate diffuse light but mainly absorb light. In our case, however, light absorption is completely undesirable.
Diffuses Licht bei möglichst wenig Absorption kann erzeugt werden, indem der hochtransparente Kunststoff 254 mit beispielsweise metallischen, das Licht möglichst vollständig spiegelnden Körpern 255 oder beispielsweise mit transparenten, das Licht teilweise durchlassenden und teilweise spiegeln Hohlkörpern 255, also beispielsweise Hohlglaskugeln, gefüllt ist.Diffuse light with as little absorption as possible can be generated by the highly transparent plastic 254 with, for example, metallic bodies 255 that reflect the light as completely as possible, or with, for example transparent, partially light-transmitting and partially reflecting hollow bodies 255, for example hollow glass spheres, are filled.
Für die Herstellung einer solchen, beispielsweise mit Hohlglaskugeln gefüllten Lage wird bspw. gelöstes amorphes Teflon AF oder hochviskoses Silikon mit am Markt erhältlichen Hohlglaskugeln durchmischt, anschliessend beispielsweise mittels Rakeln auf die sonst fertige Schutzfolie aufgetragen und dann ausgehärtet.For the production of such a layer, for example filled with hollow glass spheres, for example, dissolved amorphous Teflon AF or highly viscous silicone is mixed with hollow glass spheres available on the market, then applied, for example by means of doctor blades, to the otherwise finished protective film and then cured.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind blosse Beispiele, wie die Erfindung umgesetzt werden kann. Es besteht eine Vielzahl von anderen Möglichkeiten.The embodiments described above are mere examples of how the invention can be implemented. There are a variety of other options.
Diese Anmeldung beruht auf der Priorität der drei schweizerischen Patentanmeldungen 664/04, 1425/04 und 1957/04, deren Inhalt ein Bestandteil dieser Anmeldung ist und die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden. This application is based on the priority of three Swiss patent applications 664/04, 1425/04 and 1957/04, the content of which forms part of this application and which are incorporated herein by reference.

Claims

PATENTANSPRUCHEPATENT CLAIMS
Lichtemittierendes Paneel mit einer Mehrzahl von ungehäusten, auf einem Träger aufgebrachten und elektrisch kontaktierten lichtemittierenden Dioden (103, 25), wobei das Paneel abschnittsweise flächig ist, gekennzeichnet durch eine optisch wirksame, flüssigkeitsdichte Folie (10, 100, 20), die so angebracht ist, dass sie eine Mehrzahl von Dioden vor Umwelteinflüssen schützend abdeckt und von diesen abgesandtes Licht beeinflusst.Light-emitting panel with a plurality of unhoused, mounted on a support and electrically contacted light-emitting diodes (103, 25), the panel being flat in sections, characterized by an optically effective, liquid-tight film (10, 100, 20) which is attached in this way that it covers a plurality of diodes to protect them from environmental influences and influences the light emitted by them.
2. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie von distanzhaltenden Elementen (106, 107, 108) in einem Abstand zu den LED-Chips gehalten wird, wobei die distanzhaltenden Elemente bspw. in einem regelmässigen Raster oder flächig über das Paneel verteilt und aus nichtmetallischem Material sind, oder die distanzhaltenden Elemente am Rand des Paneels angebracht sind.2. Light-emitting panel according to claim 1, characterized in that the film is held by spacing elements (106, 107, 108) at a distance from the LED chips, the spacing elements being, for example, in a regular grid or flat over the panel distributed and made of non-metallic material, or the spacing elements are attached to the edge of the panel.
3. Lichtemittierendes Paneel, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie Farbstoffe oder Phosphore zur Frequenzkonversion oder Filterung enthält.3. Light-emitting panel, according to claim 1 or 2, characterized in that the protective film contains dyes or phosphors for frequency conversion or filtering.
4. Lichtemittierendes Paneel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie optisch refraktiv oder diffraktiv wirkende Strukturen zur Kollimation, Fokussierung, Aufweitung und/oder Umlenkung von Licht enthält, welches von den Dioden erzeugt wird. 4. Light-emitting panel according to one of the preceding claims, characterized in that the protective film contains optically refractive or diffractive structures for collimation, focusing, widening and / or deflection of light which is generated by the diodes.
5. Lichtemittierendes Paneel einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie einen ersten und einen zweiten Schichtaufbau beinhaltet, die nebeneinander angeordnet sind und zusammen ein Schichtsystem bilden, welches eine Schichtungsebene definiert, die die x-y- Ebene eines kartesischen Koordinatensystems ist, wobei der erste Schichtaufbau mindestens eine Floureszenzfarbstoff oder Diffusoren enthaltende Schicht (12) aufweist, wobei der Brechungsindex der oder jeder Schicht des ersten Schichtaufbaus kleiner ist als der optische Brechungsindex der oder jeder Schicht des zweiten Schichtaufbaus, wobei der zweite Schichtaufbau auf der den lichtemittierenden Dioden zugewandten Seite angeordnet ist, und wobei der Übergang (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau Grenzflächen beinhaltet, die zu der Schichtungsebene einen Winkel bilden, oder wobei der Übergang gewellt ist.5. Light-emitting panel according to one of the preceding claims, characterized in that the film includes a first and a second layer structure, which are arranged next to one another and together form a layer system which defines a layering plane, which is the xy plane of a Cartesian coordinate system, the The first layer structure has at least one layer (12) containing fluorescent dye or diffusers, the refractive index of the or each layer of the first layer structure being smaller than the optical refractive index of the or each layer of the second layer structure, the second layer structure being arranged on the side facing the light-emitting diodes and wherein the transition (13) between the first and the second layer structure includes interfaces which form an angle to the layering plane, or wherein the transition is undulated.
6. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere Begrenzung der Folie, also ein Übergang zwischen dem ersten Schichtaufbau und einem Umgebungsmedium Grenzflächen beinhaltet, die zu der Schichtungsebene einen Winkel bilden, oder dass die äussere Begrenzung gewellt ist.6. The light-emitting panel as claimed in claim 5, characterized in that an outer boundary of the film, that is to say a transition between the first layer structure and an ambient medium, contains interfaces which form an angle with the layering plane, or that the outer boundary is corrugated.
7. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Position in z-Richtung des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau im kartesischen Koordinatensystem mindestens 2/3 der Dicke des ersten Schichtaufbaus beträgt und der Verlauf des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau mit dem Verlauf des Überganges zwischen dem ersten Schichtaufbau und dem Umgebungsmedium korreliert, dergestalt, dass die Dicke des ersten Schichtaufbaus in Funktion der x- und y-Position mindestens näherungsweise konstant ist. 7. Light-emitting panel according to claim 6, characterized in that the variation of the position in the z direction of the transition between the first and the second layer structure in the Cartesian coordinate system is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure and the course of the transition between the first and the second layer structure correlates with the course of the transition between the first layer structure and the surrounding medium, in such a way that the thickness of the first layer structure is at least approximately constant as a function of the x and y position.
8. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass der Winkel zwischen Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau und der x-y-Ebene zwischen 12° und 45°, vorzugsweise weniger als 45° und beispielsweise zwischen 15° und 35° beträgt.8. Light-emitting panel according to one of claims 5 to 7, characterized in that the angle between interfaces between the first and the second layer structure and the xy plane between 12 ° and 45 °, preferably less than 45 ° and for example between 15 ° and 35 ° is.
9. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schichtaufbau nebst der Floureszenzfarbstoff oder Diffusoren enthaltenden Schicht (12) auch eine die Folie gegen das Umgebungsmedium hin abschliessende erste transparente Schutzschicht (11) und vorzugsweise auch eine die der ersten Schutzschicht gegenüberliegende Seite der Floureszenzfarbstoff oder Diffusoren enthaltenden Schicht (12) angeordnete zweite transparente Schutzschicht (13) aufweist.9. Light-emitting panel according to one of claims 5 to 8, characterized in that the first layer structure, in addition to the layer containing fluorescent dye or diffusers (12), also a first transparent protective layer (11) which closes the film against the surrounding medium and preferably also one of the has the second protective layer on the opposite side of the fluorescent dye or diffuser-containing layer (12) arranged second transparent protective layer (13).
10. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex jeder Schicht des ersten Schichtaufbaus maximal 1.5, vorzugsweise maximal 1.4, und der Brechungsindex jeder Schicht des zweiten Schichtaufbaus mindestens 1.6, vorzugsweise mindestens 1.7 beträgt.10. Light-emitting panel according to one of claims 5-9, characterized in that the refractive index of each layer of the first layer structure is at most 1.5, preferably at most 1.4, and the refractive index of each layer of the second layer structure is at least 1.6, preferably at least 1.7.
11. Lichtemittierendes Paneel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedem LED-Chip oder jeder Einheit von mehreren beieinander angeordneten LED-Chips ein hohlspiegelartiges oder blendenartiges optisches Element (24) zugeordnet ist, durch welches das vom LED-Chip bzw. von den LED-Chips ausgesandte Licht in je einen bestimmten Raumwinkel um eine optische Achse bündelbar ist, wobei die hohlspiegelartigen oder blendenartigen Elemente von mindestens einer Untergruppe mit mehreren LED-Chips bzw. Einheiten von LED-Chips so ausgerichtet sind, dass die optischen Achsen der Untergruppe zusammenlaufen und dass sich das durch die LED-Chips der Untergruppe erzeugte Licht am Ort der Konversionsfolie mindestens teilweise überlagert, und wobei mindestens zwei LED-Chips der Untergruppe voneinander verschiedene Emissionswellenlängen haben.11. Light-emitting panel according to one of the preceding claims, wherein each LED chip or each unit of a plurality of LED chips arranged next to one another is assigned a concave mirror-like or diaphragm-like optical element (24) through which the LED chip or LED Chips emitted light can be bundled in each case in a certain solid angle about an optical axis, the concave mirror-like or diaphragm-like elements of at least one sub-group having a plurality of LED chips or units of LED chips being aligned such that the optical axes of the sub-group converge and that the light generated by the LED chips of the subgroup is at least partially superimposed at the location of the conversion film, and wherein at least two LED chips of the subgroup have emission wavelengths that differ from one another.
12. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie einen fluoreszierenden Farbstoff enthält und dass die LED-Chips jeder Untergruppe blaues und/oder ultraviolettes Licht in unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.12. Light-emitting panel according to claim 11, characterized in that the film contains a fluorescent dye and that the LED chips of each sub-group emit blue and / or ultraviolet light in different wavelengths.
13. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie Diffusoren enthält und dass jede Untergruppe mindestens je einen blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht emittierenden LED-Chip aufweist.13. Light-emitting panel according to claim 11, characterized in that the film contains diffusers and that each sub-group has at least one blue light, green light and red light-emitting LED chip.
14. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an einer den LED-Chips zugewandten Seite der Folie eine lichtundurchlässige Maskenschicht vorhanden ist, welche Aussparungen dort aufweist, wo sich die Raumwinkel der LED-Chips der Untergruppe bzw. der Untergruppen überschneiden.14. Light-emitting panel according to one of claims 11 to 13, characterized in that an opaque mask layer is provided on a side of the film facing the LED chips, which has recesses where the solid angle of the LED chips of the subgroup or Overlap subgroups.
15. Schichtsystem zur mindestens teilweisen Umwandlung von von einer ersten Seite einfallendem Primärlicht in auf eine zweite Seite abgestrahltes Sekundärlicht, aufweisend einen ersten und einen zweiten Schichtaufbau, wobei der erste und der zweite Schichtaufbau nebeneinander angeordnet sind und zusammen ein Schichtsystem bilden, welches eine Schichtungsebene als x- y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems definiert, wobei der erste Schichtaufbau mindestens eine Floureszenzfarbstoff oder Diffusoren enthaltende Schicht zur mindestens teilweisen Umwandlung des Primärlichts in das Sekundärlicht aufweist, wobei der Brechungsindex der oder jeder Schicht des ersten Schichtaufbaus kleiner ist als der optische Brechungsindex der oder jeder Schicht des zweiten Schichtaufbaus, und wobei der Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau Grenzflächen beinhaltet, die zu der Schichtungsebene einen Winkel bilden oder wobei der Übergang gewellt ist.15. Layer system for at least partial conversion of primary light incident from a first side into secondary light emitted on a second side, comprising a first and a second layer structure, the first and the second layer structure being arranged next to one another and together forming a layer system which is a layering level X- y plane of a Cartesian coordinate system defined, the first layer structure having at least one fluorescent dye or diffusers Containing layer for at least partial conversion of the primary light into the secondary light, wherein the refractive index of the or each layer of the first layer structure is smaller than the optical refractive index of the or each layer of the second layer structure, and wherein the transition between the first and the second layer structure includes interfaces which form an angle to the layering plane or where the transition is wavy.
16. Schichtsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere Begrenzung des Schichtsystems, also ein Übergang zwischen dem ersten Schichtaufbau und einem Umgebungsmedium, Grenzflächen beinhaltet, die zu der Schichtungsebene einen Winkel bilden, oder dass die äussere Begrenzung gewellt ist.16. Layer system according to claim 15, characterized in that an outer boundary of the layer system, that is, a transition between the first layer structure and an ambient medium, contains interfaces which form an angle to the layering plane, or that the outer boundary is corrugated.
17. Schichtsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Position in z-Richtung des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau im kartesischen Koordinatensystem mindestens 2/3 der Dicke des ersten Schichtaufbaus beträgt und der Verlauf des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau mit dem Verlauf des Überganges zwischen dem ersten Schichtaufbau und dem Umgebungsmedium korreliert, dergestalt, dass die Dicke des ersten Schichtaufbaus in Funktion der x- und y-Position mindestens näherungsweise konstant ist.17. Layer system according to claim 16, characterized in that the variation of the position in the z direction of the transition between the first and the second layer structure in the Cartesian coordinate system is at least 2/3 of the thickness of the first layer structure and the course of the transition between the first and correlates the second layer structure with the course of the transition between the first layer structure and the surrounding medium, in such a way that the thickness of the first layer structure is at least approximately constant as a function of the x and y position.
18. Schichtsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass der Winkel zwischen Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtaufbau und der x-y-Ebene zwischen 12° und 45°, vorzugsweise weniger als 45° und beispielsweise zwischen 15° und 35° beträgt. 18. Layer system according to one of claims 15 to 17, characterized in that the angle between interfaces between the first and the second layer structure and the xy plane between 12 ° and 45 °, preferably less than 45 ° and for example between 15 ° and 35 ° is.
19. Organisches lichtemittierendes Element mit einem lichtemittierenden Aufbau (42), welcher zwischen einer ersten, nicht transparenten Elektrode und einer zweiten, transparenten Elektrode angeordnet ist, und mit einem auf der der der transparenten Elektrode zugewandten Seite angeordneten Schichtsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18.19. Organic light-emitting element with a light-emitting structure (42) which is arranged between a first, non-transparent electrode and a second, transparent electrode, and with a layer system according to one of claims 15 to 18 arranged on the side facing the transparent electrode ,
20. Lichtemittierendes Paneel mit einem Trägerelement (51, 61) und einer Vielzahl von darauf angeordneten ungehäusten LED-Chips (52, 62), wobei mindestens einige der LED-Chips mit einer Konversionsfarbstoff enthaltenden, direkt auf dem LED-Chip aufgebrachten Hülle versehen sind, wobei die Dicke dieser Hülle so ist, dass die Hülle der Form des LED-Chips folgt.20. Light-emitting panel with a carrier element (51, 61) and a plurality of unpackaged LED chips (52, 62) arranged thereon, at least some of the LED chips being provided with a conversion dye-containing envelope which is applied directly to the LED chip , the thickness of this casing being such that the casing follows the shape of the LED chip.
21. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Hülle maximal 10 μm beträgt.21. Light-emitting panel according to claim 20, characterized in that the thickness of the envelope is a maximum of 10 microns.
22. Lichtemittierendes Paneel nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle eine äussere zweite Schutzschicht (64c), eine den Konversionsfarbstoff enthaltende Schicht (64b) sowie optional eine erste, direkt am LED-Chip anliegende Schutzschicht (64a) enthält.22. The light-emitting panel as claimed in claim 20 or 21, characterized in that the casing contains an outer second protective layer (64c), a layer (64b) containing the conversion dye and optionally a first protective layer (64a) lying directly on the LED chip.
23. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle jeweils nur lokal in der Umgebung jedes LED- Chips vorhanden ist und zwischen den LED-Chips nicht mit der Hülle versehene Abschnitte vorhanden sind. 23. Light-emitting panel according to one of claims 20 to 22, characterized in that the casing is only present locally in the vicinity of each LED chip and sections are not provided with the casing between the LED chips.
24. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 20-23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche des LED-Chips über einen Drahtbond (53) mit einem Kontaktpad elektrisch verbunden ist, und dass die erste Kontaktfläche und der Kontaktpad mit der Hülle beschichtet sind.24. Light-emitting panel according to one of claims 20-23, characterized in that a contact surface of the LED chip is electrically connected to a contact pad via a wire bond (53), and that the first contact surface and the contact pad are coated with the sleeve.
25. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 20-23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (62a) des LED-Chips sowie ein Kontaktpad frei von der Hülle sind, und dass die Hülle, die Kontaktfläche und der Kontaktpad mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (65) beschichtet sind, oder dass die Kontaktfläche und der Kontaktpad mit einer streif enförm igen metallischen Schicht elektrisch verbunden sind.25. Light-emitting panel according to one of claims 20-23, characterized in that a contact surface (62a) of the LED chip and a contact pad are free of the shell, and that the shell, the contact surface and the contact pad with a transparent electrically conductive layer (65) are coated, or that the contact surface and the contact pad are electrically connected to a strip-shaped metallic layer.
26. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 20-23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle so dünn ist, dass ihre Volumen pro LED-Chip und zugehöriger Kontaktfläche das Volumen eines LED-Chips höchstens um einen Faktor 2 übersteigt, und ferner alle offenen Seiten der LED-Chip bedeckt.26. Light-emitting panel according to one of claims 20-23, characterized in that the casing is so thin that its volume per LED chip and associated contact area exceeds the volume of an LED chip by a factor of at most 2, and furthermore all open sides the LED chip covered.
27. Lichtemittierendes Paneel nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennezeichnet, dass die Hülle ein Schichtsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18 beinhaltet.27. Light-emitting panel according to one of claims 20 to 26, characterized in that the casing contains a layer system according to one of claims 15 to 18.
28. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Paneels, insbesondere nach einem der Ansprüche 20-26, wobei ein Trägerelement 61 mit einer Mehrzahl von LED-Chips versehen wird und anschliessend mindestens bereichsweise in einem ,batch'-Prozess mit einer Hülle beschichtet wird, welche Hülle Konversionsfarbstoff zur mindestens teilweisen Konversion von von den LED- Chips emittierter elektromagnetischer Strahlung zu langwelligerer Strahlung enthält.28. A method for producing a light-emitting panel, in particular according to one of claims 20-26, wherein a carrier element 61 is provided with a plurality of LED chips and is then coated, at least in regions, with a shell, which shell, in a batch process Conversion dye for at least partial conversion of LED Contains chips of emitted electromagnetic radiation to long-wave radiation.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Konversionsfarbstoff mittels eines Vakuum-Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird.29. The method according to claim 28, characterized in that the conversion dye is applied by means of a vacuum coating process.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Farbstoffs und vorzugsweise auch vor dem Aufbringen des Farbstoffs eine optisch transparente Schutzschicht aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht bzw. die Schutzschichten vorzugsweise mittels eines Vakuum- Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird bzw. werden.30. The method according to claim 29, characterized in that after the application of the dye and preferably also before the application of the dye, an optically transparent protective layer is applied, the protective layer or layers being preferably applied by means of a vacuum coating method.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28-30 dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit dem Aufbringen des Konversionsfarbstoffs auch transparentes Material aufgebracht wird, so dass es in der aufgetragenen Schicht mit dem Farbstoff vermischt ist.31. The method according to any one of claims 28-30, characterized in that transparent material is applied simultaneously with the application of the conversion dye, so that it is mixed with the dye in the applied layer.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28-31, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Farbstoff-Schicht höchstens 500 nm beträgt.32. The method according to any one of claims 28-31, characterized in that the layer thickness of the dye layer is at most 500 nm.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28-32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpad und die Kontaktfläche vor dem Beschichten miteinander über den Drahtbond elektrisch verbunden werden. 33. The method according to any one of claims 28-32, characterized in that the contact pad and the contact surface are electrically connected to one another via the wire bond before coating.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28-33, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mit dem Konversionsfarbstoff durch eine Schattenmaske hindurch geschieht, so dass eine strukturierte Farbkonversionsschicht entsteht.34. The method according to any one of claims 28-33, characterized in that the coating with the conversion dye takes place through a shadow mask, so that a structured color conversion layer is formed.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mit der Hülle durch eine zweiten Maske (67), welche die ersten Konaktflächen (62a) und die Kontaktpads abdeckt, hindurch erfolgt und dass das anschliessende Beschichten mit dem transparenten elektrisch leitfähigen Material durch eine erste Maske (66) hindurch erfolgt, welche Zwischenräume zwischen LED-Chips abdeckt, so dass das elektrisch leitfähige Material benachbarter LEDs nicht miteinander in Kontakt kommt. 35. The method according to claim 34, characterized in that the coating with the sleeve is carried out through a second mask (67), which covers the first contact surfaces (62a) and the contact pads, and in that the subsequent coating with the transparent, electrically conductive material a first mask (66) is passed through, which covers spaces between LED chips, so that the electrically conductive material of adjacent LEDs does not come into contact with one another.
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