CN103548157B - 光电子半导体模块和具有多个这种模块的显示器 - Google Patents

光电子半导体模块和具有多个这种模块的显示器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种光电子的半导体模块（10），所述光电子的半导体模块包括多个在运行时发射光的区域（1），其中至少一个发射光的区域（1）的至少两条彼此相交的侧边（11a，11b）以大于0°且小于90°的角（α）彼此设置。此外本发明还提出一种具有多个这种模块（10）的显示器。

Description

光电子半导体模块和具有多个这种模块的显示器
技术领域
本发明涉及一种具有多个在运行时发射光的区域的光电子半导体模块。此外，本发明还涉及一种具有多个这种半导体模块的显示器。
背景技术
通常需要的是，在运行期间改变光源的放射方向，所述光源的光例如在前照灯中以受限的空间角范围聚束。这尤其在车辆前照灯中是令人感兴趣的。在此可转动的前照灯固定部是已知的，所述前照灯固定部与控制装置机械地连接。
此外，作为车辆前照灯已知适应性的前照灯，即所谓的“适应性前照明系统”，缩写为AFS。这种适应性的前照灯在唯一的照明系统中能够实现在道路交通中的多种不同的照明目的。因此特别地能够产生与交通情况相关的照明情景。但是在这种常规的适应性的前照灯中，出现如下问题，即在发光二极管的直接投影中导致各个光源的成像并且此外导致暗的中间空间，以至于不能实现均匀的照明。这特别在车辆前照灯中是干扰性的。此外，常规的适应性的前照灯不能实现清晰地显现的明暗过渡，如还对于近光灯所规定的那样。
从参考文献DE 10 2005 014 754、DE 10 2007 046 339和EP 1 842723中例如已知机动车前照灯，所述机动车前照灯包括多个单独的LED或者LED芯片，所述LED或者LED芯片能够单独地被控制，其中由此在与相应的光学装置的组合中实现可变的前照灯。
发明内容
本申请的目的在于，提出一种具有改变的放射特性的光电子半导体模块，所述光电子半导体模块特别适合于AFS，并且通过所述光电子半导体模块实现清晰显现的明暗过渡，例如对于近光灯所规定的一样。
所述目的通过一种光电子半导体模块来实现。此外，所述目的通过一种具有多个这种模块的显示器来实现。
在一个实施形式中，光电子半导体模块包括多个在运行时发射光的区域，其中至少一个发射光的区域的至少两个彼此相交的侧边以大于0°且小于90°的角彼此设置。
因此，至少一个发射光的区域不以正方形或者矩形的形状构成，而是具有倾斜的侧边。通过倾斜地构成侧边，能够有利地构成具有尤其高的对比度和直的棱边的所规定的弯成一定角的明暗边界。因此根据本发明的模块能够实现例如在不具有机械可动的部件的汽车前照明装置的区域中的照明，所述前照明装置的特征在于有利的高的空间分辨率与同时所需要的照明强度。
多个在运行时发射光的区域能够一件式地构成。在这种情况下多个发射光的区域具有一个带有有源层的共同的半导体本体，所述有源层适合于产生辐射。在此发射光的区域通过相应地给半导体本体的区域通电而形成。
替选地，发射光的区域能够单独地并且个体地构成。在这种情况下，每个发射光的区域具有单独的半导体本体，所述半导体本体具有用于产生辐射的有源层。
半导体模块优选具有至少2×2的发射光的区域，优选至少10×10的发射光的区域，尤其优选至少20×20的发射光的区域。
至少一个发射光的区域的至少两个彼此相交的侧边的边长能够构成为是等长的。替选地，侧边的边长具有不同的长度比。
在一个改进方案中，模块的所有发射光的区域具有两个彼此相交的侧边，所述侧边以大于0°且小于90°的角彼此设置。因此，所有的发射光的区域具有倾斜的侧边，所述倾斜的侧边适合于构成明暗边界的尤其高的对比度和直的棱边。
在一个改进方案中，模块的发射光的区域彼此设置为，使得模块同样具有倾斜的侧边，也就是至少两个彼此相交的侧边，所述侧边以大于0°且小于90°的角彼此设置。
在一个改进方案中，发射光的区域是表面发射的区域。发射光的区域优选适合于将以电子方式生成的数据或能量转换为光发射或者反之亦然。发射光的区域特别是光电子的区域或者发射辐射的区域。例如发射光的区域是LED、尤其优选是薄膜LED。在本申请的范围内将下述LED视作为薄膜LED：在所述LED的制造期间，外延地生长有一个或多个半导体本体的生长衬底优选完全地被剥离。
发射光的区域分别包括有源层或者有源层的区域，所述有源层优选具有pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW，single quantum well)或者多量子阱结构(MQW,multi quantum well)以用于产生辐射。发射光的区域，特别是发射光的区域的层，优选包含III/V族半导体材料。III/V族半导体材料尤其适合于在紫外光谱范围经过可见光谱范围直至红外光谱范围中产生辐射。优选发射光的区域是发射蓝光的区域。
在一个改进方案中，两个彼此相交的侧边之间的角在15°和45°之间的范围中，其中包括边界值。在具有处于这种范围中的角的侧边中，能够确保具有尤其高的对比度和直的模块棱边的尤其好的明暗边界。在一个改进方案中，至少一个发射光的区域的所有的角不同于90°，所述角分别通过彼此相交的侧边形成。优选模块的所有的发射光的区域的所有的角不同于90°。
在一个改进方案中，至少一个发射光的区域以平行四边形的形状构成。优选至少一个发射光的区域构成为是菱形的。优选地，模块的所有的发射光的区域以平行四边形的形状构成。尤其优选地，模块的发射光的区域彼此设置为，使得模块同样以平行四边形的形状构成。
在一个改进方案中，至少一个发射光的区域以三角形的形状构成。在这种情况下，平行四边形因此再一次在中央被分为两个单独的区域。优选地，模块的所有发射光的区域以三角形的形状构成。尤其优选地，三角形的、发射光的区域彼此设置为，使得模块整体上以平行四边形的形状构成。
在一个改进方案中，模块的发射光的区域矩阵状地设置。矩阵状在此意味着，发射光的区域以行和列设置进而形成规则的网格。优选地，相邻的发射光的区域在此彼此间具有规则的且相等的间距。
优选地，一列或一行的发射光的区域与模块的其余的行或列能够分离地以电子的方式进行控制。由此有利地通过控制期望的行或列能够实现扩展的调节。
在一个改进方案中，模块的发射光的区域均匀地设置成线性的序列、交替对齐的序列或者逐块地设置。以线性的序列的设置例如实现将模块成型为平行四边形。特别地，能够将交替对齐的序列理解为如下序列，所述序列关于对称轴线镜面对称地构成。特别地，能够将逐块的设置理解为，发射光的区域设置成组，其中发射光的区域的不同的组能够具有相应的发射光的区域的不同的设计方案。例如发射光的区域的第一组具有矩形的形状，而发射光的区域的第二组以平行四边形的形状构成。
在一个改进方案中，两个发射光的区域之间的间距位于1μm和100μm之间，其中包括边界值。优选地，两个发射光的区域彼此间的距离小于100μm，优选小于20μm，尤其优选小于10μm。
在一个改进方案中，每个发射光的区域的至少一个侧边具有在30μm和1mm之间的范围中的长度，其中包括边界值。优选发射光的区域的边长小于1mm，优选小于300μm，尤其优选小于150μm。
在一个改进方案中，用于改变放射特性的初级光学装置和/或次级光学装置沿放射方向设置在发射光的区域的下游。在此一个共同的初级光学装置和/或一个共同的次级光学装置设置在发射光的区域的下游。替选地，每个发射光的区域能够具有单独的初级光学装置和/或次级光学装置。在这种情况下，发射光的区域彼此间能够具有明显大于100μm的间距。
在一个改进方案中，转换层沿放射方向设置在发射光的区域的下游。在此，转换层能够由对于模块的所有的发射光的区域共同的层构成。替选地，每个发射光的区域能够具有单独的转换层。使用嵌入透明的基体、例如硅基中的或者嵌入陶瓷转换器中的磷光体颗粒作为转换层的材料。
优选地，发射光的区域发射蓝色的辐射。转换层优选适合于将蓝色的辐射转换为例如黄色的辐射，以至于模块整体上发射在白色的色坐标范围中的辐射。
由模块发射的辐射的光色和光强的可能的变化能够通过改变转换层的散射系数和/或几何形状来调节。
由各个发射光的区域发射的辐射的串扰优选能够通过如下方式来避免：即与耦合输出侧相对置设置的镜层以距发射光的区域的有源层的一定间距来调节，使得由有源层在朝向耦合输出侧的方向上发射的辐射与在镜层上反射的辐射干涉，以至于发射光的区域具有已发射的辐射的放射特性，所述已发射的辐射具有在前进方向上的优先方向。此外，也能够通过发射光的区域之间的能吸收的或者能反射的连接片来避免串扰。
在一个改进方案中，发射光的区域可分别彼此独立地被通电。对此例如每个发射光的区域与有源矩阵控制器的晶体管明确地相关联。
在一个实施形式中，显示器具有多个横向并排地设置的光电子半导体模块。因此例如能够实现一种作为机动车前照灯应用的显示器。显示器的各个模块在此能够直接并排地设置，以至于在所有的模块的上方产生发射光的区域的规则的矩阵。替选地，显示器的模块能够任意地分布，也就是说彼此以不同的间距设置。由此有利地产生小的分散的成像光学装置，进而产生非常平的前照灯设计的可行性。设置在模块下游的投影光学装置在此优选将由模块发射的辐射的各个份额组成为连续的光矩阵。
结合模块所详述的特征也应用在显示器的上下文中并且反之亦然、
在一个改进方案中，属于模块的发射光的区域可分别独立于相邻的模块的发射光的区域运行。例如显示器的模块与有源矩阵控制器连接进而可彼此单独地被通电。优选地，模块的发射光的区域例如通过每个发射光的区域与有源矩阵控制器的晶体管明确地相关联的方式已经分别彼此独立地被通电。
优选地，显示器包括至少一个用于运行至少一个模块的发射光的区域的控制电路。例如通过电子器件来扩展具有光电子模块的显示器，所述电子器件例如实施将外部的编码的信号转换为发射光的区域的、例如行和列的设置的切换模式。在此例如能够考虑CAN总线或者I2C接口的输入信号。电子组件和控制元件在此能够单片式地与模块集成地构成或者构成为分散的构件。
显示器的有源矩阵控制器优选具有以硅实现的CMOS结构形式的晶体管，模块的发射光的区域与所述晶体管连接。这例如能够通过将发射光的区域的半导体层和硅晶片直接接合来进行或者通过同时且顺序地将发射光的区域的层转移到硅晶片的安装面上来进行。替选地，也能够使用发射光的区域的生长衬底作为用于沉积和结构化例如薄膜晶体管的衬底。
在一个改进方案中，显示器具有其它的器件，例如光传感器、颜色传感器或者温度传感器，所述其它的器件集成到模块中或者模块上。
在一个实施形式中，具有多个模块的显示器用作为车辆前照灯，所述车辆前照灯根据对发射光的区域进行的控制实现不同的照明功能。作为照明功能，例如考虑用于城市、乡村道路和高速公路的适应性的抗炫目的远光灯和近光灯、日间行车灯、定位灯、聚光灯、动态随动转向灯、转向灯、自动的头灯调节和车辆前照灯的取决于驾驶者的设计。
附图说明
本发明的其它的优点和优选的改进方案从在下文中结合附图1至4所描述的实施例中给出。其示出：
图1A至1D分别示出根据本发明的模块的一个实施例的示意图，
图2A至4分别示出根据本发明的显示器的一个实施例的示意图。
在附图中相同的或起相同作用的组成部分分别设有相同的附图标记。所示出的组成部分和其彼此间的尺寸比例不能够视为是按比例的。更确切地说，为了更好的可视性和/或更好的理解能够以夸张厚的尺寸或者夸张大的尺寸示出个别组成部分，例如层、结构、部件和区域。
具体实施方式
在图1A中示出光电子半导体模块10的俯视图，光电子半导体模块包括多个在运行时发射光的区域。发射光的区域1在此矩阵状地设置，例如设置在载体上。这意味着，发射光的区域1设置成n个行和m个列，以至于网格状地实施发射光的区1的设置。发射光的区域1在此具有相同的尺寸并且彼此以规则且相等的间距设置。发射光的区域1之间的间距D位于1μm和100μm之间，其中包括边界值，优选≤100μm，尤其优选≤20μm，优选≤10μm。
图1A的模块具有由4×4的发射光的区域组成的矩阵。但是模块也能够具有数量与之不同的发射光的区域。例如模块具有至少20×20的发射光的区域，优选至少10×10的发射光的区域。
图1A的模块的发射光的区域1具有彼此相交的侧边，所述侧边全部以不同于90°的角设置。特别地，发射光的区域1分别以平行四边形的形状构成。在此，平行四边形分别由于不同于90°的角而不会构成为矩形或者正方形。也就是说，发射光的区域的任何侧边都不处于彼此成90°角，也就是说不彼此垂直。平行四边形在此具有小的角α并且在相邻的边角中具有另外的角β。较小的角α优选在15°和45°之间的范围中，其中包括边界值。这样构成的发射光的区域特别适合于确保车辆前照灯的近光灯的预设的明暗边界，其中明暗边界在此有利地形成高的对比度和直的棱边。因此能够在不需要机械可动的部件的情况下在唯一的模块中实现具有不同照明的不同的前照灯功能，其中同时产生高的空间分辨率和高的照明强度。
发射光的区域1设置成n个行和m个列，使得获得发射光的区域1的规则的、均匀的、被划分成线性的行和线性的列的结构。
发射光的区域1附加地彼此设置为，使得模块10整体上同样构成平行四边形，其中两条彼此相交的侧边彼此倾斜地构成，也就是说同样具有大于0°并且小于90°的角α。
每个发射光的区域1的侧边11a具有位于30μm和1mm之间的范围中的长度L，其中包括边界值。优选侧边≤1mm，优选≤300μm，尤其优选≤150μm。发射光的区域的侧边在此能够具有不同的长度比。
发射光的区域1由半导体材料形成。优选地，发射光的区域1由半导体本体形成，所述半导体本体具有设置且适合于产生辐射的有源层。在此，模块10的各个发射光的区域1能够具有一个共同的半导体本体或者单独地彼此相邻地设置的半导体本体。
例如发射光的区域分别是LED，所述LED优选发射在蓝色的波长范围中的辐射。
与图1A的实施例不同的是，图1B的发射光的区域1设置成彼此交替对齐的n个行。这意味着，发射光的区域1关于对称轴线镜面对称地设置。根据图1B的实施例，模块10的所有的发射光的区域1在此又分别具有相互倾斜的侧边11a，11b，所述侧边彼此围成大于0°且小于90°的角α。
图1C的实施例的模块与图1A的模块的区别在于，发射光的区域1逐块地设置。这意味着，发射光的区域1能够被划分为两个组2a，2b，其中一组的所有的发射光的区域彼此相同地构成。例如第一组2a的发射光的区域1以平行四边形的形状构成，所述平行四边形具有彼此倾斜的侧边11a，11b，所述侧边围成大于0°并且小于90°的角α。第二组2b的发射光的区域1以矩形或者正方形的形状构成。所述发射光的区域1因此具有彼此垂直的侧边。
与图1A的模块的实施例不同，在图1D中所示出的模块10的实施例具有在中央被分开的、以平行四边形存在的发射光的区域。图1D的模块10的发射光的区域1因此构成为三角形。构成为三角形的发射光的区域在此又具有两条侧边11a和11b，所述侧边彼此围成不同于90°的角α。角α在此优选为45°或15°。发射光的区域1又被划分为n个行和m个列进而构成矩阵状的网格。
在图2中示出显示器，所述显示器包括多个光电子半导体模块10，所述光电子半导体模块横向并排地设置。图2A的显示器的模块10相应于图1A的实施例的模块。
模块10在此彼此以间距A设置。替选地，模块10直接并排设置为，使得在所有的模块的上方产生发射光的区域的规则的矩阵(未示出)。
显示器的模块10的数量在此能够与图2A所示出的实施例不同。特别地，多于两个的模块10能够形成显示器。
属于模块10的发射光的区域1优选可分别独立于相邻模块的发射光的区域运行。为此例如使用控制电路。例如显示器和与之相关的模块通过有源矩阵控制器通电。为此例如每个发射光的区域单义地与有源矩阵控制器的晶体管相关联，由此发射光的区域能够彼此独立地被通电。结合图3的实施例详细探讨这种有源矩阵控制器。
图2B的实施例与图2A的实施例的区别在于，对于显示器使用不同构成的模块10。模块10中的一个例如相应于图1A的模块构成，而第二模块10相应于根据图1D的实施例的模块。根据所期望的放射特性，因此能够将多个不同的模块组合为显示器。不同的模块10的组合在此例如与显示器的所期望的照明功能相关。此外作为照明功能，可以考虑用于城市、乡村道路和高速公路的适应性的抗炫目的远光灯和近光灯、日间行车灯、定位灯、聚光灯、动态随动转向灯、转向灯、自动的头灯调节和前照灯的取决于驾驶者的设计。
在图3中示出根据本发明的显示器的横截面视图，所述显示器包括至少一个具有发射光的区域的模块，所述发射光的区域设置在有源矩阵控制器4，5，6，7上。因此与图2A和2B的实施例相比，显示器通过电子器件扩展，所述电子器件例如实施将外部编码的信号转换为模块的行和列的切换模式。在此例如能够考虑CAN总线或者I2C接口的输入信号。电子的控制元件在此能够单片集成地设计或者设计为分散的构件。
有源矩阵控制器例如具有晶体管5，所述晶体管以用硅实现的CMOS结构的形式存在，模块的发射光的区域单义地与所述晶体管电连接和机械连接。这例如能够通过发射光的区域和晶体管的直接接合来实现。替选地，发射光的区域能够顺序地或者同时安装在晶体管的硅晶片的安装面上。替选地，也能够使用生长衬底作为用于沉积和结构化薄膜晶体管5的衬底，所述生长衬底用于生长发射光的区域1的层。
图3的有源矩阵除了晶体管5还具有由硅构成的有源矩阵4、微控制器6和连接区域7。
在发射光的区域上，特别是在发射光的区域1的辐射出射侧上设置有转换层3。因此，转换层3沿放射方向设置在发射光的区域1的下游。转换层3例如具有嵌入在透明的基体、例如硅树脂中的或者嵌入陶瓷转换器中的磷光体颗粒。优选地，发射光的区域1发射蓝色的辐射，所述蓝色的辐射由转换层3转换为黄色的辐射，以至于显示器整体上发射白光。
在图3的实施例中，转换层3作为共同的层设置在模块的所有的发射光的区域的下游。
在图3的实施例的显示器中能够附加地集成有其它的电子器件(未示出)，例如光传感器、颜色传感器或者温度传感器。
在图4的实施例中示出另一个显示器，其中与图3中所示出的显示器不同，初级光学装置8a和次级光学装置8b沿放射方向设置在发射光的区域1的下游。初级光学装置8a在此以预先确定的方式和方法影响由发射光的区域1发射的辐射。单独的初级光学装置8a设置在每个发射光的区域1的下游。此外次级光学装置8b沿放射方向设置在初级光学装置8a的下游，其中次级辐射8b对于所有的发射光的区域是共同的。在初级光学装置8a和次级光学装置8b之间在图4中借助于线示出各个发射光的区域1的光发射。
与图3的实施例不同，图4的实施例的转换层3具有单独的区域。例如正好一个转换层设置在每个单独的发射光的区域1的下游，其中各个发射光的区域的转换层在空间上彼此分隔并且机械地彼此分隔。
通过借助于初级光学装置8a和次级光学装置8b将由发射光的区域1发射的辐射耦合，发射光的区域1能够以大的间距彼此设置，特别是以大于100μm的间距彼此设置。在此，次级光学装置8b优选适合于，将发射光的区域的各个份额组合成连续的光矩阵。
本发明不通过根据实施例进行的描述而受限于此，而是包括每个新的特征以及特征的任意的组合，这特别是包含权利要求中的特征的任意的组合，即使这些特征或者这些组合本身未明确地在权利要求或者实施例中说明时也如此。
本申请要求德国专利申请10 2011 102 032.6的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。

Claims (14)

1.一种发射辐射的半导体模块(10)，包括多个在运行时发射光的区域(1)，其中至少一个发射光的区域(1)的至少两条彼此相交的侧边(11a，11b)以大于0°并且小于90°的角(α)彼此设置，
其中所述发射光的区域(1)被划分为两个组(2a，2b)，并且所述组(2a，2b)内的所有发射光的区域(1)彼此相同地构成，
其中第一组(2a)的所述发射光的区域(1)以平行四边形的形状构成，并且所述角(α)位于15°和45°之间的范围中，其中包括边界值，
其中第二组(2b)的所述发射光的区域(1)以矩形或者正方形的形状构成，
其中这些组(2a，2b)在横向上并排地设置并且能够彼此独立地被通电，和
其中沿放射方向在所述发射光的区域(1)的下游设置转换层(3)。
2.根据权利要求1所述的模块，其中所述第一组(2a)由十个发射光的区域(1)形成，所述发射光的区域设置成正好一条线，并且
其中所述第二组(2b)由十四个发射光的区域(1)形成，所述发射光的区域设置成两条线。
3.根据权利要求1或2所述的模块，其中
所述角(α)为45°。
4.根据权利要求1或2所述的模块，其中
所述第二组(2b)的所述发射光的区域(1)以正方形的形状构成。
5.根据权利要求1或2所述的模块，其中
所述第二组(2b)的所述发射光的区域(1)设置在两条相同的线中。
6.根据权利要求1所述的模块，其中
所述半导体模块具有至少20×20的发射光的区域(1)。
7.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中
所述发射光的区域(1)矩阵状地设置。
8.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中
所述发射光的区域(1)均匀地设置成线性的序列(n)、交替对齐的序列(n)或者逐块地(2a，2b)设置。
9.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中
两个发射光的区域(1)之间的间距(D)位于1μm和100μm之间的范围中，其中包括边界值。
10.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中
每个发射光的区域(1)的至少一条侧边(11a)具有位于30μm和1mm之间的范围中的长度(L)，其中包括边界值。
11.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中
沿放射方向在所述发射光的区域(1)的下游设置初级光学装置(8a)和次级光学装置(8b)。
12.根据权利要求1、2或6之一所述的模块，其中所述发射光的区域(1)能够分别彼此独立地被通电。
13.一种具有多个根据权利要求1所述的发射辐射的半导体模块(10)的显示器，所述半导体模块横向并排地设置，所述显示器还包括：
至少一个用于运行至少一个模块(10)的所述发射光的区域(1)的控制电路(4，5，6，7)。
14.一种将根据权利要求13所述的显示器作为车辆前照灯的应用，所述车辆前照灯根据对发射光的区域(1)的控制而满足不同的照明功能。
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