DD200295A1 - Led-anzeige mit hohem informationsgehalt - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf lichtemittierende Halbleiterbauelemente, in denen sich die einzelnen Chips an den Krezungspunkten zwischen zwei senkrecht zueinander orientierten Systemen paralleler Leiterbahnen befinden, so dass Zeilen- oder Matrixformen entstehen. Derartige Bauelemente werden zur elektrooptischen Darstellung von Ziffern, Buchstaben und Symbolen, z.B., zur optischen Darstellung von Speicherinhalten, verwendet. Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter Verwendung neuartiger Konstruktionen solche Maxibauelemente zu schaffen, bei denen die flaechenhafte Ausdehnung nicht prinzipiell begrenzt sein soll und ein Anwachsen der Anzeigeflaeche mit einem proportionalen Gewinn an Bildpunkten und damit an Informationsgehalt verbunden ist. Das Wesen der Erfindung besteht in der Verwendung nur eines tragenden Grundkoerpers mit Aussparungen fuer die Halbleiter- Lichtemitterchips und zur Lichtleitung sowie mit mindestens einem Leiterbahnsystem, das mittels leitendem oder nichtleitendem Kleber auf der Betrachtungsseite mit einer Streufolie und auf der Rueckseite mit einer die Halbleiterchips tragenden, flexiblen Leiterplatte verbunden ist. Die prinzipielle Loesung ist aus Fig. 1 zu ersehen. Hierin bedeuten: 1 flexible Leiterplatte, 2 Grundkoerper. 3 Streufolie, 5 Halbleiter-Lichtermitterchip und 11 Aussparung. Fig. 1
Description
232 5 64 O
Titel der Erfindung
LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf lichtemittierende Halbleiter bauelemente, in denen die einzelnen Emitterelemente linear· oder flächenhaft in Zeilen- oder Matrixform nebeneinander angeordnet und optisch voneinander entkoppelt sind.
Derartige Bauelemente werden zur elektrooptischen Darstellung von Ziffern, Zeichen,. Buchstaben und Symbolen verwendet. Sie dienen in modernen Maschinen und Geräten mit Informationsspeicherung der. optischen Darstellung von Speicherinhalten oder der Darstellung einzugebender Zahlen-• · folgen.bzw. Texte.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt,.daß LED-Halbleiterchips auf metallisierten Trägerplatten z. B. aus Keramik, oder glasfaserverstärkten Plastmaterialien montiert und spalten-r bzw.. zeilenweise leitend miteinander verbunden werden. Derartige Anordnungen verwendet man z. B. bei sogenannt en. alphanumerischen-Anzeigen, die ein- und mehrstellig.angeboten werden. Solche Lösungen beschreiben z. B. WP-140301 und WP 218224.
Es ist weiter bekannt, daß elektrooptisch^ Matrixanordnungen dadurch günstig herstellbar sind, daß man das von den Halbleiterchips emittierte Licht.mittels sogenannter Lichtschachtanordnungen über eine größere Fläche nahezu gleichmäßig verteilt. Dadurch wird eine großflächige Anzeige allerdings ohne Erhöhung der Punktdichte .und damit des Informationsgehaltes -mit geringem Verbrauch an kostenintensivem Halbleitermaterial auf A-j-jjBy-Basis möglich. Das Lichtschachtprinzip, dessen. Aufgabe in der optimalen Ausleuchtung großer Symbolflächen.durch kleine, lichtstarke_
Halbleiterlichtemitter besteht, ist z. B. in der AS 2405829 . und der OS 2542095 beschrieben.. In diesen Fällen hat der Lichtschacht stets durch Streuung eine optisch vergrößernde Funktion.
Schließlich gibt, es eine Vielzahl technischer Lösungen für die Informationswiedergabe, die auf der Montage einzelner LSD's zu Matrizen beruhen, bei denen durch Linsenanordnungen eine optische Vergrößerung der Matrixanordnungen erreicht wird (ViP 140301). '
Allen bekannten Lösungen ist -der Hachteil'gemeinsam, daß sie großflächige Anzeigen bei gleichzeitiger Erhöhung der Leuchtpunktzahl und damit des Informationsgehaltes nicht zulassen.. Entweder wären großflächig freitragende Abdeckkappen und sehr lange Draht-Kettenbondungen von Chip zu Chip erforderlich, was mechanisch und elektrisch ungünstig ist, oder die Anzeigen bieten.wegen der geometrischen Ausdehnung des Einzelpunktes prinzipiell nicht die Möglichkeit einer hohen Leuchtpunktdichte,
Die bisher bekannten technischen Lösungen weisen.stets mindestens zwei mechanisch starre Konstruktionselemente auf. Entweder wird auf·den· stabilen Chipträger - z. B. eine Keramikplatte - eine ebenfalls stabile Abdeckkappe montiert, oder es wird zunächst auf dem stabilen Chipträger eine
lichtleitende Konstruktion, z. B. eine Anordnung sogenannter Licht schachte montiert und danach diese starre Einheit in einer, schützenden Abdeckkappe meist.durch rückseitiges Vergießen mit einem Gießharz befestigt. Die Herstellung von großflächigen Bauteilen,.z. B. Spritzgießteilen mit hoher mechanischer Genauigkeit, ist technisch .schwierig und daher kostenaufwendig. Dies.er wesentliche Grund hat verhindert, - daß lichtemittierende Halbleiterbauelemente als großflächig* Punktmatrizen zur Textdarstellung realisiert werden konnten
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine neuartige Darstellungsmöglichkeit für Ziffern, Schriftzeichen und andere Symbole auf Halbleiterbasis' zu schaffen, wobei.die flächenhafte Ausdehnung wohl aus.Gründen der Zweckmäßigkeit für den jeweiligen Einsatzzweck, nicht aber prinzipiell begrenzt sein soll.
Darlegung des Wesens der Erfindung
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für eine LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt eine neuartige konstruktive Gestaltung zu schaffen. Dabei war zu sichern, daß eine möglichst hohe Punktdichte verbunden mit geringer Bauelement ehöhe erreicht wird.
Schließlich waren Lösungen zu finden, die derartige Display, flexibel auszuführen gestatten. . . Die Displays sollen auf Grund ihrer höheren Punktdichte die gleichzeitige Darstellung mehrerer Textzeilen gestatten, wo zu. Punkt matrizen mit mehr als 1000 Punkten zweckmäßig sind. s
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem großflächigen LED-Matrix- oder Zeilenbauelement, bei dem· die Kalbleiterlichtemitterchips in den Kreuzungspunkten zweier senkrecht zueinander orientierter Systeme von
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parallelen Leiterbahnen angeordnet sind, nur.ein tragen- ; der Bauelementebestandteil in Form eines flächenhaft ausgedehnten Grundkörpers, der in.besonderen Fällen begrenzt flexibel ausgebildet sein kann,.vorgesehen ist. Die übri-5- gen flächenhaft ausgedehnten Bauelementebestandteile sind ausschließlich flexibel gestaltet.
Der.Grundkörper ist mit Aussparungen für die Halbleiterchips und Bonddrahte, die gleichzeitig als Lichtleitschächte dienen, sowie mit mindestens einer Leitebene ausgestattet. .
Die Leitebene besteht beispielsweise aus aufgedampften, metallisch leitenden Streifen, die. parallel verlaufen und zur Kontaktierung der p-. oder n-seitigen Kontakte der :..:.-' licht emittierenden Halbleiterchips dienen. Eine mittels ' leitendem oder nichtleitendem Kleber auf dem Griindkö'rper befestigte flexible Leiterplatte, die die Halbleiterchips trägt, weist ebenfalls Leitbahnen zur Kontaktierung des n-. oder p-Kontaktes der'Halbleiterchips, die vorzugsweise senkrecht zu den metallischen Leitbahnen des Grundkörpers orientiert sind, auf.
Überraschend konnten durch geeignete Metallisierungen-• stabile Kontakte zwischen Halbleiter und flexibler Leiterplatte einerseits sowie Halbleiter und Grundkörper mit Leitbahnen andererseits hergestellt werden.
Auf der Betrachtungsseite ist der Grundkörper mit einer selbstklebenden Streufolie versehen.
Insgesamt wird durch die beschriebenen Maßnahmen ein Bauelement realisiert, das ein System paralleler'Leitbahnen, z. B. in vertikaler Richtung, und ein zweites System, horizontal ausgerichtet, enthält und bei welchem sich an jedem Kreuzungspunkt.der Leitbahnen ein Halbleiter-Lichtemitterchip befindet«, Die" elektronische Ansteuerung der-
artiger Matrixanordnungen ist prinzipiell "bekannt und unterscheidet sich bei der vorgeschlagenen Lösung nur durch die Anzahl der anzusteuernden Zeilen oder Spalten. Bei Verwendung derartiger Ansteuerelektronik wird im Betriebsfall ein gewolltes Muster: von Halbleiter-Lichtemittern eingeschaltet. Das von ihnen emittierte Licht kann sich nur innerhalb der Aussparungen im Grundkörper ausbreiten und trifft nach mehrfacher Reflexion an den Wänden der Aussparung auf die Streufolie, die durch Ausnutzung der optischen Streuung homogen leuchtende .Punkte innerhalb der Matrix und für das menschliche Auge ein sichtbares Symbol erzeugt. ,
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher er-' läutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Pig. 1: Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Anordnung
Fig. 2: Schnitt, durch einen Leuchtpunkt
Fig. 3: Schema der Leiterbahnführung . . .·
Fig. 4: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit Winkel-
\ ... . material als Leiterbahn
Fig. 5: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit metallisier-
'. ....· . tem Graben im Grundkörper , ...
.Fig. 6: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit der Leiterbahn auf der Streufolie
Das tragende Element der Anordnung ist der Grundkörper nach Fig. 1 aus Plastmaterial mit möglichst hohem Reflexion; faktor. ,
Die Freimachungen 11 bieten den Platz für die Halbleiter-Lichtemitterchips 5 und Bonddrähte 8, haben jedoch im
Gegensatz zum.Stand der'!Technik keine optisch vergrößernde Punktion. ·
Die Besonderheit des Grundkörpers. 2 besteht darin, daß er unterseitig entsprechend der lateralen Chipdistanz spal- tenförmig angeordnete Leiterbahnen 4 enthält, die mittels Leitkleber 9 mit den Bondinseln auf der flexiblen Leiterplatte 1 neben der Bondstelle des p-Kontaktes elektrisch leitend undmechanisch fest verbunden sind (Fig. 2 und 3). Die selbstklebende Streufolie 3 wird entsprechend·der Emissionsfarbe des Chips gewählt, diese Folien sind handelsüblich. .
Die flexible Leiterplatte 1 weist Leiterbahnen 4 auf, die die Chipinselh untereinander.zeilen- oder spaltenförrnig elektrisch leitend verbinden. Zwischen den Zeilen bzw. Spalten befinden sich metallische Bondinseln, auf denen die Bonddrähte von den- p-Kontakten des LED-Chips mittels bekannter Drahtbondverfahren befestigt sind.
Um Kurzschlüsse zwischen ,Spalten- und Zeilenleiterbahnen
zu vermeiden, is.t das Einlegen.einer Distanzfolie oder eines Distanzsteges zwecJonäßig, die Freimachungen für Chip 5j Bonddraht 8 und Leitkleberinsel 9 besitzt.
'Die gesamte LED-Matrix kann durch Anwalzen gleichmäßig kontaktiert werden. . . ·
Für den Fall, daß eine.Versteifung des Grundkörpers notwendig wird, kann gemäß Fig.. 4 in den Plastekörper Winkelmaterial 7, ζ. B. aus Trägerstreifenbronze, eingepaßt oder eingeklemmt ,werden. Dieses Material mit einer Materialstärke von z. B. 0,15 mm kann dann gleichzeitig als Distanzsteg fungieren, das Einlegen einer zusätzlichen Distanzfolie entfällt hierbei.
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Ein.-weiteres · Ausführungsbeispiel. sieht auf dem Grundkörper Grabenanordnungen 10 gemäß Fig. 5 vor, deren
Grundfläche z. B. durch Bedampfung.metallisiert ist, so daß bondfähige Schichten entstehen. Die metallisierte
Grabenanordnung 4 ersetzt die metallischen Leiter auf
der Unterseite des Grundkörpers. In diesem Falle wird die mit. Halbleiterchips bestückte flexible Leiterplatte vor dem. Arbeitsgang Drahtbonden mittels beliebiger handelsüblicher Kleber an dem Grundkörper befestigt. Das Drahtbonden des p-Kont&ktes erfolgt hierbei vom Chip zum leitenden Graben. Die Streufolie kann wiederum abschließend aufgewalzt werden.
Schließlich sieht das Ausführungs-beispiel nach Pig. 6 ., spaltenförmig angeordnete Leiterbahnen 4 auf der Streufolie 3 vor, die gleichzeitig als flexible 'Leiterplatte ausgeführt ist. Der Grundkörper 2 weist'in diesem Falle nur Bondinseln auf, auf denen der Draht 8 vom p-Kontakt her befestigt wird. Die spaltenweise Kontaktierung erfolgt mittels angewalzter Streufolie.3, deren Leiterbahnen 4
zumindest lokalisiert an den Bondstellen leitend mit dem Grundkörper verklebt sein müssen. .
Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß auf Basis eines 1 mm dicken Grundkörpers ohne Versteifung die gesamte Anordnung in gewissem Maße flexibel ausgeführt werder kann. ,
Claims (8)
1. LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt, bestehend aus Halbleiter-Lichtemitterchips, die in den Kreuzungspunkten zweier senkrecht zueinander orientierter Systeme von parallelen Leiterbahnen angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß nur ein tragender.Bauelementebestandteil in Form eines flächenhaft ausgedehnten Grundkörpers aus Plastmaterial mit möglichst hohem Reflexionsfaktor, vorgesehen ist, der Aussparungen für die HaIbleiterchips, die gleichzeitig als Licht1eitschächte dienen, enthält, der mit mindestens einer Leiterbahnebene für die Ansteuerung der Halbleiterchips versehen ist und der mittels leitender oder nichtleitender Kleber mit.einer flexiblen Leiterplatte, die die Halbleiter-. chips trägt, sowie auf der Betrachtungsseite mit einer selbstklebenden Streufolie verbunden ist.
2. LED-Anzeige nach Pkt..1, gekennzeichnet dadurch, daß'
. . die .Leiterbahnebime auf dem Grundkörper durch Aufdampfen metallischer Beläge gebildet ist.
3. LED-Anzeige nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leiterbahnebene auf dem Grundkörper durch Einbringen versteifender, im Querschnitt winkliger Trägerstreifen gebildet ist. . .
25·
4. LED-Anzeige nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, . ·. .. daß zwischen den Leiterbahnebenen auf dem Grundkörper und der flexiblen Leiterplatte eine Distanzfolie angeordnet ist, die Freimachungen für die Chips und Klebever-
J / 1 υ fc
• verbindungen aufweist,
5. LED-Anzeige nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß der .Grundkörper auf der.Betrachtungsseite spaltenweise angeordnete grabenförmige Vertiefungen aufweist, deren Boden bondbar metallisiert ist und daß die Drahtbondverbindungen durch die Aussparungen im Grundkörper, in die die Chips hineinragen, auf den bondbar metallisierten Graben geführt sind.
6. LED-Anzeige nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß das auf dem Grundkörper befindliche Leitersystem auf
metallisierte Bondinseln reduziert ist, zu denen der Bonddraht vom p-Kontakt der Chips gezogen ist und daß ein System paralleler Leiterbahnen auf der Streufolie . ' .angeordnet ist, welches mittels Leitkleber mit den Bondinseln verbunden ist.
7. LSD-Anzeige nach Pkt.. 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Grundkörper selbst als nichttransparente flexible
- Leiterplatte ausgebildet ist, so daß in Kombination mit flexiblem Halbleiterträger und flexibler Streufolie die Gesamtanordnung flexibel ist.
8. LED-Anzeige nach Pkt. 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die auf der Betrachtungsseite befindliche flexible Streufolie Leitbahnen trägt, mittels derer durch Anwendung des IPilmbondens eine unmittelbare galvanische Verbindung zwischen Halbleiterchip und Leiterbahnen auf der Streufolie entsteht. ·
Hierzu 3 Seiten zeichnungen
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