DD241155A1 - Miniatur - led - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Konstruktionsform, die als einzelne Leuchtpunkte oder in komplexer Anordnung zur Darstellung von Betriebszustaenden sowie von analogen oder digitalen Informationen eingesetzt wird. Ziel der Erfindung ist es eine passfaehige LED zu schaffen, die trotz der flachen und schmalen Bauform gute applikative Eigenschaften, eine gute Qualitaet und guenstige Voraussetzung fuer die Automatisierbarkeit der Fertigung besitzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, LED-Anordnungen zu schaffen, die im Miniaturisierungsgrad den Flachbandanzeigen aequivalent sind, diese jedoch in den optischen und Zuverlaessigkeitseigenschaften sowie in der zusaetzlichen Moeglichkeit einer Einzel-LED-Fertigung uebertreffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch die konstruktive Gestaltung der dem Chip abgewandten Seite eines flexiblen, transparenten oder diffusen Leiterplattentraegers als Anzeigeflaeche mittels nichttransparentem Siebdrucklack, die Verwendung eines spiegelnden Belages auf der dem Chip zugewandten sphaerischen oder ebenen Grenzflaeche des Umhuellungsharzes sowie durch die Verwendung eines keramischen oder metallischen Stuetzteils mit Freimachungen fuer das Chip als laterale Begrenzung der Harzumhuellung des Chips geloest.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine LED-Konstruktionsform, die als einzelne Leuchtpunkte oder in komplexer Anordnung zur Darstellung von Betriebszuständen sowie von analogen und digitalen Informationen eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind plastumhüllte Lichtemitterdioden, die auf der Grundlage von metallischen Trägerstreifen gefertigt werden. Das Halbleiterchip befindet sich in einer als Kalotte ausgebildeten Prägung eines als Elektrode dienenden Pfostens. Den zweiten Kontakt erhält das Chip mittels Bonddraht vom zweiten Pfosten. Im Fallederelektrischen Austeuerung wird das vom Chip emittierte Licht zum Teil direkt in Richtung der Flächennormalen des Chips abgestrahlt, zum Teil gelangt es als Kantenstrahlung zunächst auf die Kalottenwände und wird von dort in die Normalrichtung gespiegelt.

In vielen Fällen hat die die gesamte Anordnung umschließende Umhüllung aus transparentem oder diffusem Epoxydharz zusätzlich eine optische bündelnde Wirkung. Trägerstreifen- ifnd Umhüllungsgeometrie bestimmen die Außenabmaße dieser Lichtemitterdioden.

LED-Anordnungen zur Symboldarstellung sind in monolithischer und hybrider Form bekannt. Monolithische Anordnungen enthalten in einem Halbleiterchip die gewünschte, fotolithografisch erzeugte Leuchtstruktur, die ebenfalls beipielsweise durch Plastelimen vergrößert wird. Hybride Formen sind beispielsweise sogenannte Lichtschachtänzeigen und die Flachbandanzeigen. Die Chips werden hybrid auf mit Leitbahnen versehenen Träger montiert. Bei Lichtschachtanzeigen wird das emittierte Licht mittels Vielfachreflexion im Lichtschacht auf eine größere Anzeigefläche verteilt, während bei Flaohbandanzeigen die Chips auf flexiblen Trägern hybrid montiert werden und das Licht ohne weitere optische Hilfsmittel direkt auf ein streuendes Medium gelangt und damit eine sehr flache Bauform und eine dichte Packung von LED-Funktionen gelingt. Während den herkömmlichen LED-Konstruktionen und Lichtschachtbauelementen eine vergleichsweise große Bauform eigen ist, sind Flachbandanzeigen nach der DD-PS 200295 zwar durch günstige Geometrien, jedoch auch durch beträchtliche Lichtverluste gekennzeichnet. Außerdem fehlt der Flachbandtechnik bisher ein fertigungsfreundlicher Weg zu Einzel-LED mit dem entsprechenden Design.

In der DE-OS 2429174 ist ein Lösungsweg zur Herstellung von Diodeneinheiten umschrieben, bei dem die LED-Chips auf eine transparente flexible Leiterplatte montiert werden, eine gezielte Gestaltung des Leiterbildes sowie eine reflektorähnliche Schutzkappe sichern einen maximalen Lichtaustritt durch die Trägerfolie hindurch. Die Montage derartiger LED-Einheiten ist jedoch sehr aufwendig, optisch sind gegenüber bekannten Lösungen keine Verbesserungen zu erwarten. Bekannt ist weiterhin die Lösung in der DE-OS 3048388, bei der die Halbleiterchips an einer Kante der Trägerleiterplatte montiert und durch einen Reflektorkörper umhüllt sind, dessen Lichtaustrittöffnungen so angeordnet sind, daß das Licht im wesentlichen parallel zur Trägerleiterplatte austritt. Diese vorgeschlagene Konstruktion führt zu den Rechteckdioden ähnlichen Anordnungen, läßt aber die Fertigung von Miniatur-LED in kostengünstiger und physikalisch optimaler Weise nicht zu.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine zu Flachbandanordnungen paßfähige LED zu schaffen, die trotz der flachen und schmalen Bauform gute applikative Eigenschaften, eine mit bekannten LED vergleichbare Qualität sowie die zu einer Massenfertigung gehörigen konzeptionellen Voraussetzungen für die Automatisierbarkeit der Fertigung besitzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einzel-LED und LED-Anordnungen zu entwickeln, die im Miniaturisierungsgrad den Flachbandanzeigen äquivalent sind, diese jedoch in den optischen Eigenschaften und Zuverlässigkeitseigenschaften sowie in der zusätzlichen Möglichkeit einer Einzel-LED-Fertigung übertreffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halbleiterchips in bekannter Weise auf klar-transparente oder weiß-diffuse und mit im Emissionsbereich schmalen Leiterbahnen versehene flexible Leiterplatten montiert sind. Die dem Chip abgewandte Oberfläche des Chipträgers ist mit einer Blendenstruktur aus nichttransparentem Lack präpariert. Die montierten und mittels Drahtbonden kontaktierten Lichtemitterchips tragen im Raster der Chipanordnung in einer Dosiereinrichtung aufgebrachte und formbeständig ausgehärtete Harztropfen. Die aus dem Harztropfen herausragenden Leitbahnen, die dem Chip zugewandt sind, sind mittels Abdecklack geschützt, die Harzoberfläche trägt einen metallischspiegelnden Belag, dessen Hohlspiegelwirkung bei transparenten Leiterplatten zu einer stark gebündelten Abstrahlung, bei diffusem Leiterplattenmaterial zu einer Kosinusabstrahlung führt. Die Begrenzung der Harzumhüllung der Chips erfolgt durch ein keramisches und/oder metallisches Stützteil mit Freimachungen für die Chips entsprechend der Struktur der Anzeigefläche. Bei Verwendung von flexiblen Leiterplatten mit einer Vielzahl von Chippositionen ist jede Chipposition mit einem diskreten Stützteil versehen. Das Stützteil ist flächenhaft ausgebildet und die Freimachungen sind als polyeder- oder halbkugelförmig spiegelnde Kalotten, so daß diese konstruktive Ausweichvolumina für den Harzüberlauf vorgesehen und in die Gestaltung der Anzeigefläche einbezogen sind. Eine mittels Siebdruck aufgebrachte Farbschicht mit Öffnungen gewünschter Geometrie blendet das Licht unerwünschter Randbezirke aus. Ein Schutzlack auf dem Spiegelbelag sichert das Bauelement gegen mechanische und klimatische Einflüsse, die in den Randbereichen der Leiterplatte liegenden Leitbahnenden sind lötbar verzinnt und bei thermisch beständigem Leiterplattenmaterial mittels Oberflächenlötung direkt mit der Leiterplatte galvanisch verbunden. ' ·

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachstehend an drei Figuren näher erläutert werden.

Figur 1: Eine bügellötfähige, weiß diffuse flexible Leiterplatte 1 aus Polyimid ist als bandförmiges Material mit Lichtemitterchips 4 versehen und kontaktiert worden. Die unmittelbare Umgebung des Chips trägt ein vorgefertigtes und aufgeklebtes Stützteil 2 aus temperaturbeständigem, lichtundurchlässigem Plast beispielsweise schwarzem Polyester oder aus Metall beispielsweise Aluminium. Die Klebeschicht 3 besteht aus Polyesterklebefolie. Die.Freimachung ist mit bei 120°C ausgehärtetem transparenten Epoxid Gießharz 5 gefüllt. Über die Fläche des Stützteiles befindet sich ein spiegelnder Belag 6, der mittels Siebdruck mit einer lichtundurchlässigen Siebdruckfarbe 9 einschließlich Gießharzgrenze gezogen worden ist. Ebenso trägt das gesamte Stützteil eine aufgeklebte Schutzfolie 7. Die .nicht von Stützteilen belegten Leiterplattenfläche bilden die beweglichen Glieder in der sogenannten LED-Kette und sind gleichzeitig die vorgesehenen Schnittstellen für das entsprechend den Anwenderinteressen notwendige Trennen der LED-Bänder und Einzel-LED.

In Figur 2 wird auf das Stützteil verzichtet.

Figur 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem über den Zwischenschritt eines Zwillingsaufbaus — zwei Chips in der mit Epoxidharz ausgegossene Freimachung — mit anschließendem Trennschnitt zwei Einzeldioden entstehen.

Hierbei wirkt die großflächig gestaltete Metallisierung ebenfalls als Reflexionsschicht, die beidseitig aufgebrachte Schutzfolie 7 verhindert seitlichen Lichtaustritt. Die beabsichtigte Lichtaustrittsfläche ist die Schnittfläche A.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Miniatur-LED auf Basis von Halbleiterlichtemitterchips, transparenten oder diffus durchscheinenden flexiblen Leiterplatten als Chipträger und in transparentes oder diffuses Harz eingebetteten Chips,gekennzeichnet dadurch, daß die dem Chip abgewandte Oberfläche des Chipträgers mit einer Blendenstruktur aus nichttransparentem Lack präpariert und konstruktiv als Anzeigefläche ausgebildet ist, die dem Chip zugewandte sphärische oder ebene Grenzfläche der Harzumhüllung einen spiegelnden Belag trägt und die laterale Begrenzung der Harzumhüllung der Chips durch ein keramisches und/oder metallisches Stützteil mit Freimachungen für die Chips entsprechend der Struktur der Anzeigefläche gebildet ist.
2. 2. Miniatur-LED nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich zwischen Stützteil und flexibler Leiterplatte eine elektrisch leitende Klebeschicht und/oder Folie befindet.
3. 3. Miniatur-LED nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die flexible Leiterplatte mit einer Vielzahl von Chippositionen verwendet wird und jede Chipposition mit einem diskreten Stützteil versehen ist.
4. 4. Miniatur-LED nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Stützteil flächenhaft ausgebildet ist und die Freimachungen als polyeder- oder halbkugelförmige spiegelnde Kalotten geprägt sind.
5. 5. Miniatur-LED nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei Stützteilen mit kalottenförmiger Prägung konstruktiv Ausweichvolumina für den Harzüberlauf vorgesehen und in die Gestaltung der Anzeigefläche einbezogen sind.