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Es wird ein lichtemittierendes Modul angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein lichtemittierendes Modul anzugeben, welches besonders zuverlässig und robust ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein lichtemittierendes Modul anzugeben, welches mit einer besonders hohen Ausbeute funktionstüchtiger lichtemittierender Module hergestellt werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst das lichtemittierende Modul eine Vielzahl von Emissionsbereichen, die dazu ausgebildet sind, im Betrieb Licht zu emittieren. Unter Licht wird dabei elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarot-Strahlung, insbesondere sichtbares Licht verstanden. Die Emissionsbereiche können unter anderem auf einem Halbleitermaterial, insbesondere auf einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial, basieren. Zusätzlich können die Emissionsbereiche ein Lumineszenzkonversionsmaterial umfassen.
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Die Emissionsbereiche der Vielzahl von Emissionsbereichen können in einer lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnet sein. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene des Moduls, im Folgenden auch „laterale Ebene genannt“, parallel verlaufen. Beispielsweise können die Emissionsbereiche im Rahmen der Herstellungstoleranz an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters, zum Beispiel eines Rechteckgitters, angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst die Vielzahl von Emissionsbereichen zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Emissionsbereich erster Art, die Licht eines ersten Farbortes emittieren. Der erste und der zweite Emissionsbereich erster Art sind lateral beabstandet zueinander angeordnet, wobei der erste und der zweite Emissionsbereich erster Art lateral benachbart zueinander angeordnet sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst das lichtemittierende Modul zumindest einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich zweiter Art, die Licht eines zweiten Farbortes emittieren. Der erste und der zweite Emissionsbereich zweiter Art sind lateral beabstandet zueinander angeordnet, wobei der erste und der zweite Emissionsbereich zweiter Art lateral benachbart zueinander angeordnet sein können. Die Emissionsbereiche erster Art und zweiter Art sind in der gleichen lateralen Ebene lateral beabstandet zueinander angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst das lichtemittierende Modul eine Ansteuervorrichtung zur Bestromung der Emissionsbereiche. Die Ansteuervorrichtung ist elektrisch leitend an die Emissionsbereiche gekoppelt. Die Ansteuervorrichtung ist dazu ausgebildet, Emissionsbereiche im Betrieb separat voneinander zu betreiben. Dazu kann die Ansteuervorrichtung zum Beispiel eine Strom- oder Spannungsquelle sowie eine Regelungselektronik umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist der erste Farbort unterschiedlich von dem zweiten Farbort. Insbesondere ist es möglich, dass die Emissionsbereiche unterschiedliche Art Licht unterschiedlicher Spektralfarben emittieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls sind der erste und der zweite Emissionsbereich erster Art zueinander benachbart. „Zueinander benachbart“ heißt in diesem Zusammenhang, dass der erste und der zweite Emissionsbereich erster Art zueinander beabstandet mittelbar oder unmittelbar nebeneinander in lateralen Richtungen angeordnet sind. Sind der erste und zweite Emissionsbereich unmittelbar benachbart angeordnet, so ist zwischen dem ersten und dem zweiten benachbarten Emissionsbereich in lateralen Richtungen kein weiterer Emissionsbereich angeordnet. Zwischen zwei unmittelbar benachbart angeordneten Emissionsbereichen existiert also eine gerade Verbindungslinie in der lateralen Ebene, welche keinen weiteren Emissionsbereich durchkreuzt. Sind der erste und der zweite Emissionsbereiche mittelbar benachbart angeordnet, so ist zwischen dem ersten und dem zweiten benachbarten Emissionsbereich in lateraler Richtung ein weiterer Emissionsbereich angeordnet. Der weitere Emissionsbereich kann ein Emissionsbereich einer zweiten oder dritten Art sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls sind der erste und der zweite Emissionsbereich zweiter Art zueinander benachbart. „Zueinander benachbart“ heißt in diesem Zusammenhang, dass der erste und der zweite Emissionsbereich zweiter Art zueinander beabstandet mittelbar oder unmittelbar nebeneinander in lateralen Richtungen angeordnet sind. Sind der erste und zweite Emissionsbereich unmittelbar benachbart angeordnet, so ist zwischen dem ersten und dem zweiten benachbarten Emissionsbereich in lateralen Richtungen kein weiterer Emissionsbereich angeordnet. Zwischen zwei unmittelbar benachbart angeordneten Emissionsbereichen existiert also eine gerade Verbindungslinie in der lateralen Ebene, welche keinen weiteren Emissionsbereich durchkreuzt. Sind der erste und der zweite Emissionsbereiche mittelbar benachbart angeordnet, so ist zwischen dem ersten und dem zweiten benachbarten Emissionsbereich in lateraler Richtung ein weiterer, insbesondere genau ein weiterer, Emissionsbereich angeordnet. Der weitere Emissionsbereich kann ein Emissionsbereich einer ersten oder dritten Art sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, alle Emissionsbereiche getrennt voneinander zu betreiben. Jeder Emissionsbereich ist separat von anderen Emissionsbereichen elektrisch an die Ansteuervorrichtung gekoppelt. Mittels der Ansteuervorrichtung können alle Emissionsbereiche einzeln mit einem vorgegebenen Strom und/oder einer vorgegebenen Spannung betrieben werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, die Emissionsbereiche erster Art redundant zu betreiben. „Redundant betreiben“ heißt hier und im Folgenden, dass im Falle eines Defekts eines ersten Emissionsbereiches bestimmter Art ein zweiter Emissionsbereich der gleichen Art diesen Defekt kompensiert und der erste defekte Emissionsbereich von der Ansteuervorrichtung nicht betrieben wird. Im Falle eines Defekts eines Emissionsbereiches übernimmt also ein Emissionsbereich gleicher Art die Funktion des defekten Emissionsbereichs.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, die Emissionsbereiche zweiter Art redundant zu betreiben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein lichtemittierendes Modul angegeben, mit
- – einer Vielzahl von Emissionsbereichen, die dazu ausgebildet sind, im Betrieb Licht zu emittieren, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich erster Art, die Licht eines ersten Farbortes emittieren und zumindest einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich zweiter Art, die Licht eines zweiten Farbortes emittieren, und
- – einer Ansteuervorrichtung zur Bestromung der Emissionsbereiche,
wobei
- – der erste Farbort unterschiedlich vom zweiten Farbort ist,
- – der erste und zweite Emissionsbereich erster Art zueinander benachbart sind,
- – der erste und zweite Emissionsbereich zweiter Art zueinander benachbart sind,
- – die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, alle Emissionsbereiche getrennt voneinander zu betreiben,
- – die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Emissionsbereiche erster Art redundant zu betreiben, und
- – die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Emissionsbereiche zweiter Art redundant zu betreiben
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Einem hier beschriebenen lichtemittierenden Modul liegt dabei unter anderem die folgende Überlegung zugrunde.
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Lichtemittierende Module können einen oder mehrere Bildpunkte umfassen. Jeder Bildpunkt kann wiederum je einen Emissionsbereich jeder Art umfassen, die in der lateralen Ebene zueinander benachbart angeordnet sind. Ein Defekt eines Emissionsbereichs führt im Allgemeinen dazu, dass der jeweilige Bildpunkt ausfällt, das heißt, seine Funktion im lichtemittierenden Modul nicht weiter erfüllt. Aus Kostengründen wird bei Auftreten eines Defekts eines Emissionsbereichs dieser Defekt üblicherweise nicht behoben, da Analyse- und Nacharbeitungskosten zu hoch wären.
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Insbesondere im Rahmen der Anwendung des lichtemittierenden Moduls als oder in einer Anzeigevorrichtung, wie zum Beispiel einer sogenannten Videowand, mit besonders kleinem Abstand zwischen einzelnen Bildpunkten, wird eine Vielzahl von Bildpunkten in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet. Die Emissionsbereiche eines Bildpunktes können dabei Teil eines gemeinsamen oder unterschiedlicher lichtemittierender Halbleiterchips sein. Die unterschiedlichen Halbleiterchips sind in der lateralen Ebene beabstandet zueinander angeordnet und beispielsweise mittels einer planaren Verbindung (Englisch: planar interconnect) miteinander verbunden. Ein nachträgliches Korrigieren eines defekten Emissionsbereichs wäre nur unter hohem Aufwand möglich. Je nach Anforderungen an ein lichtemittierendes Modul, kann bereits der Ausfall einzelner Bildpunkte intolerabel sein.
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Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass eine gezielte Segmentierung einzelner Bildpunkte die oben genannten Probleme lösen kann. Ein segmentierter Bildpunkt eines lichtemittierenden Moduls umfasst mindestens jeweils zwei Emissionsbereiche jeder Art, die zueinander benachbart angeordnet sind. Die zwei benachbarten Emissionsbereiche gleicher Art können mittels der Ansteuervorrichtung redundant zueinander betrieben werden. Die Emissionsbereiche sind so dimensioniert, dass die Helligkeit eines einzelnen Emissionsbereichs einer Art pro Bildpunkt für die Anwendung des lichtemittierenden Moduls ausreichend ist. Zusätzlich ist die laterale Ausdehnung eines einzelnen Emissionsbereichs ausreichend klein, so dass die Auflösung der Emissionsbereiche höher ist als die Auflösung der Bildpunkte, welche für die jeweilige Anwendung benötigt wird. Mittels der Ansteuervorrichtung können die einzelnen Emissionsbereiche separat voneinander betrieben werden, so dass im Falle eines Defekts eines ersten Emissionsbereichs dieser nicht mehr betrieben wird und der zweite benachbarte Emissionsbereich gleicher Art zusätzlich oder mit einem höheren Strom betrieben wird.
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Vorteilhafterweise können mittels eines derartigen lichtemittierenden Moduls Defekte einzelner Emissionsbereiche kompensiert werden. Dadurch bleibt ein lichtemittierendes Modul trotz einzelner defekter Emissionsbereiche voll funktionsfähig, was bei der Herstellung die Ausbeute von funktionsfähigen lichtemittierenden Modulen erhöht und deren Zuverlässigkeit verbessert. Zusätzlich kann ein Testen und Vorsortieren der lichtemittierenden Halbleiterchips, aus denen die lichtemittierenden Module gebildet werden, vermieden werden, was wiederrum die Herstellungskosten des lichtemittierenden Moduls verringert. Des Weiteren wird bei herkömmlichen lichtemittierenden Modulen, bis zu 50% der Oberfläche für redundante Emissionsbereiche benötigt. Die Segmentierung eines Emissionsbereichs in mehrere kleinere Emissionsbereiche, die unterhalb der für die jeweilige Anwendung benötigten Auflösungsgrenze liegen, ermöglicht für mehrere Emissionsbereich einen gemeinsamen redundanten Emissionsbereich zu verwenden. Somit wird vorteilhafterweise ein geringerer Anteil der Oberfläche des lichtemittierenden Moduls für redundante Emissionsbereiche benötigt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, einen defekten Emissionsbereich zu detektieren. Ein defekter Emissionsbereich weist beispielsweise eine fehlerhafte elektrische Kontaktierung auf, so dass bei einer gegebenen Spannung nicht die gewünschten Ströme fließen. Beispielsweise ist im Falle eines Defektes eines Emissionsbereichs der bestimmungsgemäße Betrieb mit kleinen Strömen nicht möglich. Alternativ kann der Defekt in Form eines Nebenschlusses auftreten, wodurch aufgrund parasitärer Parallelströme die Effizienz des Emissionsbereichs verringert ist.
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Die Detektion eines defekten Emissionsbereichs mittels der Ansteuervorrichtung kann beispielsweise während des Betriebs des Emissionsbereichs stattfinden. Beispielsweise wird dabei die Stromspannungscharakteristik jedes Emissionsbereichs mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, welcher im bestimmungsgemäßen Zustand erreicht werden soll. Vorteilhafterweise können Defekte der Emissionsbereiche unmittelbar vor oder während des Betriebs detektiert werden, wodurch im Herstellungsprozess ein Testen der Emissionsbereiche umgangen werden kann. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung des Moduls.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, einen defekten Emissionsbereich nicht zu betreiben. Die Ansteuervorrichtung ist dazu ausgebildet, alle Emissionsbereiche separat voneinander zu betreiben. Ist ein Emissionsbereich defekt, so wird dieser von der Ansteuervorrichtung nicht betrieben, was bedeutet, dass keine Spannung an einem Emissionsbereich angelegt wird beziehungsweise der defekte Emissionsbereich nicht bestromt wird. Vorteilhafterweise wird die Effizienz des lichtemittierenden Moduls erhöht, wenn defekte Emissionsbereiche nicht bestromt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls ist die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet, einen Defekt eines ersten Emissionsbereichs einer Art mittels des Betreibens eines zweiten Emissionsbereichs gleicher Art zu kompensieren. Dabei wird der zweite Emissionsbereich derart betrieben, dass der Defekt des ersten Emissionsbereichs für den Betrachter nicht wahrnehmbar ist. Beispielsweise kann im Falle eines Defektes eines ersten Emissionsbereichs der zweite Emissionsbereich mit einem Strom betrieben werden, mit dem der erste Emissionsbereich betrieben werden würde, falls dieser nicht defekt wäre. Der zweite Emissionsbereich emittiert dann zum Beispiel Licht des gleichen Farbortes und der gleichen Helligkeit wie der nicht-defekte erste Emissionsbereich. Vorteilhafterweise wird mittels der Kompensation defekter Emissionsbereiche die Ausbeute an funktionsfähigen lichtemittierenden Modulen erhöht, da lichtemittierende Module trotz defekter Emissionsbereiche im bestimmungsgemäßen Betrieb verwendet werden können. Außerdem erhöht die Kompensation defekter Emissionsbereiche die Lebensdauer und die Robustheit eines lichtemittierenden Moduls.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist die Ansteuervorrichtung eine Vielzahl von Betriebszuständen auf. In welchem Betriebszustand sich die Ansteuervorrichtung befindet, kann beispielsweise in direktem Zusammenhang damit stehen, ob ein defekter Emissionsbereich detektiert ist und auf welche Weise dieser von der Ansteuervorrichtung kompensiert wird. Die Ansteuervorrichtung weist für Emissionsbereiche, die redundant zueinander betrieben werden, einen gemeinsamen Betriebszustand auf. Die Ansteuervorrichtung kann sich für mehrere Gruppen von redundant zueinander betriebenen Emissionsbereichen zur gleichen Zeit in unterschiedlichen Betriebszuständen befinden. Beispielsweise kann sich die Ansteuervorrichtung für redundant zueinander betriebene Emissionsbereiche erster Art in einem Betriebszustand befinden und für redundant zueinander betriebene Emissionsbereiche zweiter Art in einem davon verschiedenen Betriebszustand befinden.
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Des Weiteren kann die Ansteuervorrichtung Betriebszustände aufweisen, in denen Eigenschaften, beispielsweise das Kleinstromverhalten, einzelner Emissionsbereiche gemessen werden. Insbesondere können diese Eigenschaften mittels der Ansteuervorrichtung selbst gemessen werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls betreibt die Ansteuervorrichtung in einem ersten Betriebszustand den ersten Emissionsbereich und den zweiten Emissionsbereich gleicher Art, dabei ist keiner der Emissionsbereiche defekt. In dem ersten Betriebszustand werden der erste und der zweite Emissionsbereich in vorgegebener Weise bestromt, so dass diese bestimmungsgemäß Licht emittieren. Beispielsweise können der erste und der zweite Emissionsbereich mit maximal 50 Prozent ihrer maximalen Strahlungsleistung betrieben werden. Vorteilhafterweise wird in dem ersten Betriebszustand weder der erste noch der zweite Emissionsbereich am Maximum seiner möglichen Strahlungsleistung betrieben, wodurch die Lebensdauer der einzelnen Emissionsbereiche erhöht wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls betreibt die Ansteuervorrichtung in einem zweiten Betriebszustand den ersten Emissionsbereich nicht, wobei dieser erste Emissionsbereich defekt ist, und den zweiten Emissionsbereich gleicher Art mit einem Strom, wobei der Strom größer ist als ein Strom, mit dem der zweite Emissionsbereich gleicher Art im ersten Betriebszustand betrieben wird. In dem zweiten Betriebszustand wird der zweite Emissionsbereich in vorgegebener Weise bestromt, so dass dieser bestimmungsgemäß Licht emittiert. Im zweiten Betriebszustand wird der Defekt des ersten Emissionsbereichs mittels einer höheren Bestromung des zweiten Emissionsbereichs kompensiert. Beispielsweise wird der zweite Emissionsbereich im ersten Betriebszustand nicht mit seiner maximalen Strahlungsleistung betrieben, so dass im Falle eines Defekts des ersten Emissionsbereichs die Strahlungsleistung des zweiten Emissionsbereichs erhöht werden kann. Vorteilhafterweise wird im zweiten Betriebszustand der Defekt eines ersten Emissionsbereichs kompensiert, sodass die von dem lichtemittierenden Modul emittierte Strahlungsleistung innerhalb eines Toleranzbereichs genau so groß ist, wie im ersten Betriebszustand. Somit ist der Defekt des ersten Emissionsbereichs für den Betrachter nicht wahrnehmbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls betreibt die Ansteuervorrichtung in einem dritten Betriebszustand den ersten Emissionsbereich und betreibt den zweiten Emissionsbereich gleicher Art nicht, wobei der erste und der zweite Emissionsbereich nicht defekt sind. In dem dritten Betriebszustand wird der zweite Emissionsbereich nicht bestromt, so dass dieser kein Licht emittiert. Der erste Emissionsbereich wird in vorgegebener Weise bestromt, so dass dieser bestimmungsgemäß Licht emittiert. In dem dritten Betriebszustand weist weder der erste noch der zweite Emissionsbereich einen Defekt auf. Vorteilhafterweise weist das lichtemittierende Modul eine ausreichend hohe Dichte von Emissionsbereichen auf, sodass es ausreichend ist, nur einen Teil der Emissionsbereiche zu betreiben, um die gewünschte Strahlungsleistung zu erreichen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls betreibt die Ansteuervorrichtung in einem vierten Betriebszustand den ersten Emissionsbereich nicht und betreibt den zweiten Emissionsbereich gleicher Art, wobei der erste Emissionsbereich defekt ist. In dem vierten Betriebszustand wird von der Ansteuervorrichtung kein Strom in den ersten Emissionsbereich eingeprägt, so dass dieser kein Licht emittiert. In dem vierten Betriebszustand wird in den zweiten Emissionsbereich Strom eingeprägt, so dass dieser in vorgegebener Weise Licht emittiert. In dem vierten Betriebszustand ist der erste Emissionsbereich defekt. Dieser Defekt des ersten Emissionsbereichs wird durch das Betreiben des zweiten Emissionsbereichs kompensiert. Somit ist vorteilhafterweise die Strahlungsleistung und der Farbort im ersten Betriebszustand und im zweiten Betriebszustand innerhalb eines Toleranzbereichs gleich. Der zweite Emissionsbereich wird nur dann betrieben, wenn ein zugehöriger erster Emissionsbereich gleicher Art defekt ist. Dadurch wird die Lebensdauer des gesamten lichtemittierenden Moduls erhöht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls weist das lichtemittierende Modul zumindest einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich dritter Art auf, die Licht eines dritten Farbortes emittieren, wobei der dritte Farbort unterschiedlich vom ersten und vom zweiten Farbort ist, der erste und der zweite Emissionsbereich dritter Art zueinander benachbart sind, und die Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die Emissionsbereiche dritter Art redundant zu betreiben. Die Emissionsbereiche dritter Art können alle oder einen Teil der genannten Merkmale der Emissionsbereiche erster und/oder zweiter Art aufweisen. Die Emissionsbereiche dritter Art unterscheiden sich lediglich in ihrem Farbort von den Emissionsbereichen der ersten und der zweiten Art. Vorteilhafterweise kann mittels der Emissionsbereiche erster, zweiter und dritter Art ein großer Teil des für das menschliche Auge wahrnehmbaren Farbraumes dargestellt werden. Beispielsweise liegen der erste Farbort im roten Wellenlängenbereich, der zweite Farbort im grünen Wellenlängenbereich und der dritte Farbort im blauen Wellenlängenbereich. Somit eignet sich das lichtemittierende Modul besonders zur Verwendung in einer Anzeigevorrichtung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls umfasst das Modul eine Vielzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips. Bei den Halbleiterchips kann es sich insbesondere um Leuchtdiodenchips handeln. Dabei sind zwei oder mehr Emissionsbereiche unterschiedlicher Art gemeinsam auf einem der Halbleiterchips angeordnet. Die Halbleiterchips sind wiederum in einer lateralen Ebene beabstandet zueinander angeordnet, sodass Emissionsbereiche, die auf unterschiedlichen Halbleiterchips angeordnet sind, in der gleichen lateralen Ebene liegen.
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Die Halbleiterchips umfassen jeweils einen Schichtenstapel, welcher epitaktisch gewachsen ist. Beispielsweise umfasst der Schichtenstapel eine p-dotierte Halbleiterschicht, eine n-dotierte Halbleiterschicht und eine aktive Schicht, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich erzeugt wird.
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Die mehreren Emissionsbereiche unterschiedlicher Art, welche gemeinsam auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, sind nicht in direktem Kontakt zueinander angeordnet. Insbesondere ist zumindest die aktive Schicht und eine dotierte Schicht des Halbleiterchips quer oder senkrecht zur lateralen Ebene durchtrennt, so dass jeder der Emissionsbereiche einen Teil der aktiven Schicht umfasst, der von den Teilen der aktiven Schicht, die anderen Emissionsbereichen des Halbleiterchips zugeordnet sind, beabstandet und beispielsweise mittels eines elektrisch isolierenden Materials elektrisch getrennt ist.
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Die im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Strahlung des ersten, zweiten oder dritten Farbortes sein, so dass diese Emissionsbereiche die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung emittieren. Emissionsbereiche, die Strahlung eines Farbortes emittieren, welcher nicht dem Farbort der in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung entspricht, weisen Konversionsschichten auf, die ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthalten oder aus diesem bestehen. Die Konversionsschichten sind auf der Emissionsseite des Halbleiterchips angeordnet. Dabei ist die Emissionsseite die Seite des Halbleiterchips, durch die im Betrieb ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung emittiert wird.
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Zum Beispiel die Emissionsbereiche zweiter Art können eine Konversionsschicht zweiter Art umfassen, mittels der die elektromagnetische Strahlung, welche im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugt wird, in Strahlung einer längeren Wellenlänge konvertiert wird. Somit wird in Bereichen, in denen die Konversionsschicht zweiter Art angeordnet ist, Licht des zweiten Farbortes emittiert. Analog dazu können Emissionsbereiche dritter Art eine Konversionsschicht dritter Art umfassen, mittels der die elektromagnetische Strahlung, welche im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugt wird, in Strahlung einer längeren Wellenlänge konvertiert wird. Somit wird in Bereichen, in denen die Konversionsschicht dritter Art angeordnet ist, Licht des dritten Farbortes emittiert. Emissionsbereiche erster Art können eine Konversionsschicht erster Art umfassen, mittels der die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung in Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. Alternativ dazu können die Emissionsbereiche erster Art frei von einer Konversionsschicht sein und zum Beispiel das direkt in der aktiven Schicht erzeugte blaue Licht emittieren.
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Die Emissionsbereiche unterschiedlicher Art, welche gemeinsam auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, weisen den gleichen Halbleiterschichtenstapel auf. Das heißt, die Emissionsbereiche unterschiedlicher Art sind im gleichen epitaktischen Prozessschritt hergestellt und die einzelnen Schichten des Schichtenstapels weisen die gleiche Materialzusammensetzung auf und die Dicken der einzelnen Schichten des Schichtenstapels der Emissionsbereiche unterschiedlicher Art sind gleich. Vorteilhafterweise können die Emissionsbereiche, wenn sie auf einem gemeinsamen Halbleiterchip angeordnet sind, mit besonders geringem Abstand in lateralen Richtungen zueinander angeordnet werden.
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Beispielsweise kann der Abstand in einer lateralen Richtung zwischen zwei Emissionsbereichen auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper kleiner als 15 µm sein. Außerdem emittieren die Emissionsbereiche gleicher Art, welche auf einem gemeinsamen Halbleiterchip angeordnet sind, Strahlung, deren Farborte besonders nah beieinander liegen oder deren Farborte gleich sind, da die Fertigungstoleranzen zwischen den einzelnen Emissionsbereichen besonders gering sind.
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Insbesondere können mehrere Emissionsbereiche eines Halbleiterchips einen gemeinsamen, durchgehenden aktiven Bereich aufweisen. Die einzelnen Emissionsbereiche werden dann mittels separaten Kontakten an der p-dotierten Halbleiterschicht getrennt voneinander angesteuert. Aufgrund der geringen Querleitfähigkeit der p-dotierten Halbleiterschicht, wird die Ausdehnung der Emissionsbereiche in lateraler Richtung mittels der Kontur der elektrischen Kontaktierung an der p-dotierten Halbleiterschicht definiert.
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Lichtemittierende Halbleiterchips mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen unterschiedlicher Art, denen unterschiedliche Konversionsschichten nachgeordnet sein können, sind in einem anderen Zusammenhang in der Druckschrift
WO 2015/024801 (siehe auch
US 14/912,382 ) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Moduls mit einer Vielzahl von Halbleiterchips sind ausschließlich Emissionsbereiche einer Art auf einem der Halbleiterchips angeordnet. Bei den Halbleiterchips kann es sich insbesondere um Leuchtdiodenchips handeln. Dabei sind zwei oder mehr Emissionsbereiche gleicher Art gemeinsam auf einem der Halbleiterchips angeordnet. Die Halbleiterchips sind wiederum in einer lateralen Ebene beabstandet zueinander angeordnet, sodass Emissionsbereiche, die auf unterschiedlichen Halbleiterchips angeordnet sind, in der gleichen lateralen Ebene liegen.
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Die Halbleiterchips umfassen jeweils einen Schichtenstapel, welcher epitaktisch gewachsen ist. Beispielsweise umfasst der Schichtenstapel eine p-dotierte Halbleiterschicht, eine n-dotierte Halbleiterschicht und eine aktive Schicht, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich erzeugt wird.
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Die Emissionsbereiche gleicher Art, die gemeinsam auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, weisen den gleichen Halbleiterschichtenstapel auf. Das heißt, die Emissionsbereiche gleicher Art sind im gleichen epitaktischen Prozessschritt hergestellt und die einzelnen Schichten des Schichtenstapels weisen innerhalb eines Toleranzbereichs die gleiche Materialzusammensetzung auf. Außerdem sind die Dicken der einzelnen Schichten des Schichtenstapels der Emissionsbereiche gleicher Art innerhalb eines Toleranzbereichs gleich.
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Die mehreren Emissionsbereiche gleicher Art, welche gemeinsam auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, sind nicht in direktem Kontakt zueinander. Insbesondere sind die aktiven Schichten der Emissionsbereiche voneinander beabstandet und beispielsweise mittels eines elektrisch isolierenden Materials voneinander getrennt.
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Vorteilhafterweise können die Emissionsbereiche, wenn sie auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, besonders nah aneinander angeordnet werden. Außerdem emittieren die Emissionsbereiche gleicher Art Licht, bei dem sich der Farbort besonders wenig unterscheidet, da die Fertigungstoleranzen zwischen den einzelnen Emissionsbereichen gleicher Art besonders gering sind.
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Vorteilhafterweise werden in dieser Ausführungsform Emissionsbereiche unterschiedlicher Art auf unterschiedlichen Halbleiterchips angeordnet. Das heißt, dass die Emissionsbereiche unterschiedlicher Art separat voneinander gefertigt werden können. Somit kann für die Emissionsbereiche jeder Art, der Halbleiterchip mit den optimal für die Emissionsbereiche der jeweiligen Art geeigneten Eigenschaften, wie beispielsweise Größe und Farbort, verwendet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das lichtemittierende Modul einen ersten Emissionsbereich und zwei zu dem ersten Emissionsbereich benachbarte zweite Emissionsbereiche gleicher Art auf. Mittels den zwei zweiten Emissionsbereichen kann ein Defekt des ersten Emissionsbereichs kompensiert werden. Der erste Emissionsbereich und die zwei zweiten Emissionsbereiche emittieren innerhalb eines Toleranzbereichs Licht eines gleichen Farbortes. Beispielsweise kann der erste Emissionsbereich benachbart zu den zwei zweiten Emissionsbereichen angeordnet sein.
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Zur Kompensation eines defekten ersten Emissionsbereichs mittels zwei oder mehr zweiten Emissionsbereichen gleicher Art wird die Ansteuervorrichtung in einem fünften Betriebszustand betrieben. In dem fünften Betriebszustand werden die zweiten Emissionsbereiche so betrieben, dass die zweiten Emissionsbereiche den Defekt des ersten Emissionsbereichs kompensieren. Bei der Kompensation werden die entsprechenden zweiten Emissionsbereiche mit einer erhöhten Strahlungsleistung betrieben, sodass der Defekt des ersten Emissionsbereichs nicht wahrnehmbar ist.
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Vorteilhafterweise können die zwei zweiten Emissionsbereiche, welche zur Kompensation eines defekten ersten Emissionsbereichs verwendet werden, mit geringeren Strömen betrieben werden, als wenn ein defekter erster Emissionsbereich lediglich mittels eines einzelnen zweiten Emissionsbereichs kompensiert wird. Dadurch wird die Lebensdauer der zur Kompensation verwendeten Emissionsbereiche erhöht.
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Alternativ können auch mehr als zwei Emissionsbereiche einer Art, die benachbart zu einem ersten defekten Emissionsbereich der gleichen Art angeordnet sind, zur Kompensation des Defekts verwendet werden.
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Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung angegeben. Die Anzeigevorrichtung umfasst insbesondere ein hier beschriebenes lichtemittierendes Modul. Das heißt, sämtliche für das lichtemittierende Modul beschriebenen Merkmale sind für die Anzeigevorrichtung offenbart und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung ein hier beschriebenes lichtemittierendes Modul, wobei ein Bildpunkt der Anzeigevorrichtung einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich jeder Art umfasst. Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Emissionsbereichen, die in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Ein Bildpunkt der Anzeigevorrichtung umfasst einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich jeder Art, so dass jeder Bildpunkt redundant betrieben werden kann und der Defekt eines ersten Emissionsbereichs mittels des zugehörigen zweiten Emissionsbereichs gleicher Art kompensiert werden kann.
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Vorteilhafterweise ist eine Anzeigevorrichtung, welche pro Bildpunkt mindestens zwei Emissionsbereiche einer Art umfasst, besonders robust und langlebig, da jeder Bildpunkt der Anzeigevorrichtung trotz eines defekten Emissionsbereichs bestimmungsgemäß Strahlung emittieren kann.
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Im Folgenden werden das hier beschriebene lichtemittierende Modul sowie die hier beschriebene Anzeigevorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Figuren näher erläutert.
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Die 1A, 1B, 2A und 2B zeigen in schematischen Draufsichten Emissionsbereiche in unterschiedlichen Betriebszuständen für ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls der Ansteuervorrichtung.
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Die 3A, 3B, 3C, und 5 zeigen in schematischen Draufsichten Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls.
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Die 4A, 4B und 4C zeigen in schematischer Draufsicht und Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele eines Halbleiterchips mit Emissionsbereichen einer Art, der in Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen lichtemittierenden Modulen und hier beschriebenen Anzeigevorrichtungen zum Einsatz kommen kann.
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Die 6A, 6B, 6C, 6D, 7A und 7B zeigen in schematischer Draufsicht und Schnittdarstellung Ausführungsbeispiele eines Halbleiterchips mit Emissionsbereichen erster, zweiter und dritter Art, der in Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen lichtemittierenden Modulen und hier beschriebenen Anzeigevorrichtungen zum Einsatz kommen kann.
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Die 8A, 8B und 8C zeigen in schematischer Draufsicht und Schnittdarstellung Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls.
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Die 9 zeigt in schematischer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Anzeigevorrichtung, welche mehrere hier beschriebene lichtemittierende Module umfasst.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten, es sei denn, Einheiten sind ausdrücklich angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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In Verbindungen mit den 1A und 1B ist ein erstes Konzept zur Kompensation eines defekten Emissionsbereichs gemäß einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls dargestellt. Die 1A zeigt eine schematische Draufsicht eines ersten 201 und eines zweiten Emissionsbereichs 202 gleicher Art. Die gezeigten Emissionsbereiche 201, 202 weisen in der dargestellten Draufsicht eine quadratische Kontur auf und sind in der lateralen Ebene A zueinander beabstandet angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden der erste 201 und der zweite 202 Emissionsbereich von einer Ansteuervorrichtung 2 redundant zueinander betrieben. Die in 1A dargestellte Ansteuervorrichtung 2 befindet sich in einem ersten Betriebszustand B1. In diesem Betriebszustand B1 weist keiner der Emissionsbereiche einen Defekt auf und beide Emissionsbereiche werden betrieben. Beispielsweise werden beide Emissionsbereiche mit 50 Prozent ihrer maximalen Strahlungsleistung betrieben.
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Die 1B zeigt eine schematische Draufsicht des ersten 201 und des zweiten 202 Emissionsbereichs gleicher Art, die auch in 1A dargestellt sind. Der erste 201 und zweite 202 Emissionsbereich werden mittels der Ansteuervorrichtung 2 redundant zueinander betrieben. Die in 1B dargestellte Ansteuervorrichtung 2 befindet sich in einem zweiten Betriebszustand B2. Im zweiten Betriebszustand B2 wird ein Defekt des ersten Emissionsbereichs 201 detektiert. Dieser Defekt ist mit einem „X“ in 1B gekennzeichnet. Aufgrund des Defekts wird der erste Emissionsbereich 201 von der Ansteuervorrichtung 2 nicht betrieben. Der zweite Emissionsbereich 202 weist keinen Defekt auf. Aufgrund des Defekts des ersten Emissionsbereichs 201 betreibt die Ansteuervorrichtung 2 den zweiten Emissionsbereich 202 mit einer höheren Strahlungsleistung als im ersten Betriebszustand B1. Beispielsweise wird der Emissionsbereich mit seiner maximalen Strahlungsleistung betrieben. In diesem zweiten Betriebszustand B2 wird der Defekt des ersten Emissionsbereiches 201 mittels des zweiten Emissionsbereichs 202 gleicher Art kompensiert, sodass der Defekt des ersten Emissionsbereichs 201 für einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist.
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In den 2A und 2B ist ein zweites Konzept zur Kompensation eines defekten Emissionsbereichs gemäß einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls erläutert. Die 2A zeigt eine schematische Draufsicht eines ersten Emissionsbereichs 201 und eines zweiten Emissionsbereichs 202, die in der lateralen Ebene A beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Emissionsbereiche 201, 202 werden von einer Ansteuervorrichtung 2 redundant zueinander betrieben. Die in 2A dargestellte Ansteuervorrichtung 2 befindet sich in einem dritten Betriebszustand B3. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist weder der erste 201 noch der zweite Emissionsbereich 202 einen Defekt auf. Der erste Emissionsbereich 201 wird beispielsweise mit maximaler Strahlungsleistung betrieben. Der zweite Emissionsbereich wird nicht betrieben.
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Die 2B zeigt eine schematische Draufsicht des ersten 201 und des zweiten 202 Emissionsbereichs, die auch in 2A dargestellt sind. 2A zeigt Emissionsbereiche 201, 202, die mit der Ansteuervorrichtung 2 redundant zueinander betrieben sind. Die in 2B dargestellte Ansteuervorrichtung 2 befindet sich in einem vierten Betriebszustand B4. Der erste Emissionsbereich 201 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Defekt auf, welcher von der Ansteuervorrichtung 2 detektiert wird. Dieser Defekt ist mit einem „X“ in 2B gekennzeichnet. Aufgrund des Defekts wird der erste Emissionsbereich 201 von der Ansteuervorrichtung 2 nicht betrieben. Der Defekt wird mittels des Betriebs des zweiten Emissionsbereichs 202 kompensiert, sodass der Defekt des ersten Emissionsbereichs 201 für einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist. Beispielsweise wird der zweite Emissionsbereich 202 im vierten Betriebszustand B4 mit dem gleichen Strom wie der erste Emissionsbereich 201 im dritten Betriebszustand B3 betrieben.
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Die in den 1A, 1B, 2A und 2B gezeigten Emissionsbereiche werden im Falle beider Konzepte zur Kompensation eines defekten Emissionsbereichs mittels der Ansteuervorrichtung 2 redundant zueinander betrieben. Dabei wird im Falle eines Defekts des ersten Emissionsbereichs 201 und der zweite Emissionsbereich 202 derart betrieben, dass der Defekt des ersten Emissionsbereichs 201 kompensiert wird. Im Rahmen der Kompensation wird die Strahlungsleistung des zweiten Emissionsbereichs 202 durch die Ansteuervorrichtung 2 so erhöht, dass der Defekt des ersten Emissionsbereichs für einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist.
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Die in den 1A, 1B, 2A, 2B dargestellten Emissionsbereiche können Teil eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls sowie einer hier beschriebenen Anzeigevorrichtung sein und können in einer lateralen Ebene A benachbart zu weiteren Emissionsbereichen gleicher oder anderer Art beabstandet angeordnet sein. Die Emissionsbereiche können in der lateralen Ebene A eine beliebige Kontur, beispielsweise eine kreisförmige oder eine vieleckige Kontur aufweisen.
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Die 3A zeigt eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen, lichtemittierenden Moduls 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Das lichtemittierende Modul 1 umfasst neun Emissionsbereiche, die an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters angeordnet sind. Die Emissionsbereiche sind dazu ausgebildet, im Betrieb Licht zu emittieren. Die Emissionsbereiche umfassen zumindest einen ersten 101 und einen zweiten 102 Emissionsbereich erster Art, die Licht eines ersten Farbortes emittieren und zumindest einen ersten 201 und einen zweiten 202 Emissionsbereich zweiter Art, die Licht eines zweiten Farbortes emittieren. Außerdem umfasst das lichtemittierende Modul 1 eine Ansteuervorrichtung 2 zur Bestromung der Emissionsbereiche. Dabei ist der erste Farbort unterschiedlich vom zweiten Farbort. Der erste 101 und der zweite 102 Emissionsbereich erster Art sind zueinander benachbart und der erste 201 und zweite 201 Emissionsbereich zweiter Art sind zueinander benachbart. Die Ansteuervorrichtung 2 ist dazu ausgebildet, alle Emissionsbereiche getrennt voneinander zu betreiben. Mittels der Ansteuervorrichtung 2 werden die Emissionsbereiche erster Art 101, 102 redundant zueinander betrieben und die Emissionsbereiche zweiter Art 201, 202 redundant zueinander betrieben.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist keiner der Emissionsbereiche einen Defekt auf und die Emissionsbereiche werden nicht mit ihrer maximalen Strahlungsleistung betrieben. Beispielsweise werden die Emissionsbereiche mit 50 % ihrer maximalen Strahlungsleistung betrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine einzelne elektrisch leitende Verbindung zwischen den Emissionsbereichen und der Ansteuervorrichtung 2 dargestellt, welche jedoch eine separate elektrisch leitende Verbindung jedes einzelnen Emissionsbereichs repräsentiert.
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Die 3B zeigt eine schematische Draufsicht des hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem lichtemittierenden Modul 1, welches in 3A dargestellt ist, weist ein erster Emissionsbereich zweiter Art 201 einen Defekt auf. Die Ansteuervorrichtung 2 befindet sich für die redundant betriebenen Emissionsbereiche zweiter Art 201, 202 im fünften Betriebszustand B5. Im fünften Betriebszustand B5 wird der defekte Emissionsbereich zweiter Art 201 von der Ansteuervorrichtung nicht betrieben. Der defekte Emissionsbereich ist in 2B mit einem „X“ gekennzeichnet. Zur Kompensation des Defekts werden die beiden benachbarten zweiten Emissionsbereiche zweiter Art 202, mittels der Ansteuervorrichtung 2 im fünften Betriebszustand B5, mit einer erhöhten Strahlungsleistung betrieben. Die benachbarten zweiten Emissionsbereiche zweiter Art 202 werden, im Falle eines Defekts des ersten Emissionsbereichs, mit einer höheren Strahlungsleistung betrieben, als ohne den Defekt des ersten Emissionsbereichs. Beispielsweise werden die zum defekten Emissionsbereich 201 benachbarten Emissionsbereiche gleicher Art 202 im fünften Betriebszustand B5 der Ansteuervorrichtung 2 mit 75 % ihrer maximalen Strahlungsleistung betrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Teil der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Emissionsbereichen und der Ansteuervorrichtung 2 dargestellt.
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Die Emissionsbereiche erster 101, 102 und dritter 301, 302 Art weisen keinen Defekt auf und werden von der Ansteuervorrichtung 2 im ersten Betriebszustand betrieben.
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Die 3C zeigt eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. Der erste Emissionsbereich zweiter Art 201 weist einen Defekt auf. Die Ansteuervorrichtung 2 befindet sich für die redundant betriebenen Emissionsbereiche zweiter Art 201, 202 im zweiten Betriebszustand B2. Im zweiten Betriebszustand B2 wird der defekte Emissionsbereich zweiter Art 201 von der Ansteuervorrichtung nicht betrieben. Der Defekt des Emissionsbereichs 201 wird mittels einem der benachbarten zweiten Emissionsbereiche zweiter Art 202 kompensiert, indem dessen Strahlungsleistung erhöht wird. Die Strahlungsleistung eines weiteren zweiten Emissionsbereichs zweiter Art 202, welcher auch benachbart zu dem defekten Emissionsbereich 201 angeordnet ist, wird mittels der Ansteuervorrichtung 2 im zweiten Betriebszustand B2 dagegen nicht erhöht.
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Die Emissionsbereiche erster 101, 102 und dritter 301, 302 Art weisen keinen Defekt auf und werden von der Ansteuervorrichtung 2 im ersten Betriebszustand betrieben. Der Defekt eines ersten Emissionsbereichs 201 wird, wenn sich die Ansteuervorrichtung 2 im fünften Betriebszustand B5 befindet, siehe 3B, mittels mehrerer benachbarter Emissionsbereiche gleicher Art 202 kompensiert. Alternativ wird der Defekt eines ersten Emissionsbereichs 201, wenn sich die Ansteuervorrichtung 2 im zweiten Betriebszustand befindet, siehe 3C, mittels einem benachbarten Emissionsbereich gleicher Art 202 kompensiert. Analog dazu kann der Defekt eines ersten Emissionsbereiches einer anderen Art von benachbarten Emissionsbereichen dieser anderen Art kompensiert werden. Beispielsweise kann ein Defekt eines ersten Emissionsbereichs erster Art 101 mittels einer höheren Strahlungsleistung eines benachbarten oder mehrerer benachbarter zweiter Emissionsbereiche erster Art 102 kompensiert werden. Beziehungsweise der Defekt eines ersten Emissionsbereiches dritter Art 301 kann mittels der erhöhten Strahlungsleistung eines benachbarten oder mehrerer benachbarter zweiter Emissionsbereiche dritter Art 302 kompensiert werden.
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Die 4A zeigt eine schematische Draufsicht eines Halbleiterchips 20, welcher drei Emissionsbereiche gleicher Art umfasst. Der Halbleiterchip 20 kann ein Teil eines lichtemittierenden Moduls 1 sein. Die Emissionsbereiche 201, 202 sind in lateraler Richtung L nebeneinander angeordnet. Jeder der Emissionsbereiche weist eine erste Kontaktstruktur 21 auf, mittels der die einzelnen Emissionsbereiche separat voneinander kontaktiert und betrieben werden können. Beispielsweise ist die erste Kontaktstruktur 21 auf der Emissionsseite 15 des Halbleiterchips 20 angeordnet, durch die im Betrieb ein Großteil der Strahlung emittiert wird. Die Emissionsbereiche sind auf einem gemeinsamen Wachstumssubstrat in einem gemeinsamen Prozess epitaktisch aufgewachsen.
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Die 4B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines in 4A gezeigten Halbleiterchips 20 entlang der eingezeichneten Linie A-A. Die Emissionsbereiche 201, 202 weisen an ihrer der ersten Kontaktstruktur 21 abgewandten Unterseite einen gemeinsamen zweiten Kontakt 22 auf. Mittels des zweiten Kontakts 22 werden alle drei Emissionsbereiche 201, 202 gemeinsam elektrisch leitend kontaktiert und betrieben.
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Die 4C zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines in 4A beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips entlang der eingezeichneten Linie A-A. 4C zeigt eine alternative Ausführungsform zu der Ausführungsform in 4B. Im Gegensatz zu dem in 4B gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Emissionsbereiche 201, 202 separate zweite Kontakte 22 auf, mittels der die Emissionsbereiche 201, 202 elektrisch kontaktiert und betrieben werden können. Die zweiten Kontakte 22 sind auf der dem ersten Kontakt 201 abgewandten Seite der Emissionsbereiche 201, 202 angeordnet.
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Die 5 zeigt eine schematische Draufsicht eines lichtemittierenden Moduls 1, welches aus einer Vielzahl von Halbleiterchips 20 gebildet ist. Die Halbleiterchips umfassen entweder drei Emissionsbereiche der ersten 101, 102, der zweiten 201, 202 oder der dritten 301, 302 Art. Die Halbleiterchips 20 sind in der lateralen Ebene A beabstandet zueinander angeordnet. Drei Halbleiterchips 20 mit Emissionsbereichen der ersten, zweiten und dritten Art bilden einen Bildpunkt des lichtemittierenden Moduls 1. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein erster Emissionsbereich dritter Art 301 einen Defekt auf und wird aus diesem Grund von der Ansteuervorrichtung 2 nicht betrieben. Der defekte Emissionsbereich ist mittels eines „X“ gekennzeichnet. Die Ansteuervorrichtung befindet sich für die redundant betriebenen Emissionsbereiche dritter Art 301, 302, von denen einer der Emissionsbereiche einen Defekt aufweist, im fünften Betriebszustand B5. Dabei werden zur Kompensation des ersten defekten Emissionsbereichs dritter Art 301 die benachbarten zweiten Emissionsbereiche dritter Art 302 mit einer erhöhten Strahlungsleistung betrieben. Insbesondere werden die zweiten Emissionsbereiche dritter Art 302, welche benachbart zu dem defekten Emissionsbereich 301 sind, derart betrieben, dass der Halbleiterchip 20, welcher einen defekten Emissionsbereich 301 aufweist, innerhalb eines Toleranzbereichs die gleiche Strahlungsleistung aufweist, wie die Halbleiterchips 20 gleicher Art, welche keinen defekten Emissionsbereich aufweisen. Somit ist beispielsweise, bei ausreichend kleiner Ausdehnung in der lateralen Ebene A der Emissionsbereiche, der defekte Emissionsbereich 301 für einen Betrachter ohne technische Hilfsmittel nicht wahrnehmbar.
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Von den weiteren Emissionsbereichen, die redundant zueinander betrieben werden, weist kein Emissionsbereich einen Defekt auf. Für diese Emissionsbereiche befindet sich die Ansteuervorrichtung 2 im ersten Betriebszustand B1.
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Alternativ zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel kann eine größere oder kleinere Anzahl gleichartiger Emissionsbereiche auf einem Halbleiterchip 20 angeordnet sein. Außerdem kann ein lichtemittierendes Modul 1 eine größere oder kleinere Anzahl von Halbleiterchips 20 umfassen. Im Allgemeinen werden bevorzugt Emissionsbereiche unterschiedlicher Art benachbart zueinander angeordnet, so dass diese einen Bildpunkt 10 bilden, mit dem unterschiedliche Farborte dargestellt werden können. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst ein Bildpunkt 10 mindestens einen ersten und zwei zweite Emissionsbereiche jeder Art. Somit ist ein Bildpunkt 10 im Falle eines Defekts einer der Emissionsbereiche uneingeschränkt funktionsfähig, da der Defekt mittels der benachbarten Emissionsbereiche gleicher Art kompensiert werden kann.
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Die 6A zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden Moduls 1 mit 144 Emissionsbereichen, die in einer lateralen Ebene A nebeneinander angeordnet sind. Die Emissionsbereiche sind auf einem gemeinsamen Halbleiterchip 20 angeordnet. Das heißt, die Emissionsbereiche unterschiedlicher Art sind in einem gemeinsamen Prozess hergestellt und umfassen die gleichen Materialien. Die einzelnen Emissionsbereiche können separat voneinander betrieben werden. Bis auf die Emissionsbereiche die die obere linke Ecke und die untere rechte Ecke des lichtemittierenden Moduls bilden, weisen alle Emissionsbereiche einen benachbarten Emissionsbereich gleicher Art auf.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist keiner der Emissionsbereiche des Halbleiterchips einen Defekt auf. Alle Emissionsbereiche werden von der Ansteuervorrichtung 2 im ersten Betriebszustand B1 betrieben.
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Alternativ kann das regelmäßige Rechteckgitter mehr oder weniger Gitterpunkte aufweisen, an denen die Emissionsbereiche angeordnet sind, sodass das lichtemittierende Modul 1 mehr oder weniger Spalten und/oder Zeilen umfasst. Insbesondere kann die Anzahl der Spalten ungleich der Anzahl der Zeilen sein.
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Die 6B, 6C und 6D zeigen Schnittdarstellungen zueinander alternativer Ausführungsformen des in 6A gezeigten Halbleiterchips 20. Die Schnittdarstellungen zeigen jeweils nur einen ersten Emissionsbereich erster 101, zweiter 201 und dritter 301 Art des in 6A gezeigten Halbleiterchips 1.
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Die 6B zeigt einen Halbleiterchip, welcher an seiner der Emissionsseite 15 abgewandten Unterseite erste 21 und zweite 22 Kontakte aufweist, mittels derer die einzelnen Emissionsbereiche 101, 201, 301 des Halbleiterchips 20 separat voneinander elektrisch kontaktiert und betrieben werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Emissionsbereich erster Art 101 ein Konversionselement erster Art 1000 auf, welches die im Halbleiterchip 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt, sodass durch die dem Halbleiterchip 20 abgewandte Oberfläche des Konversionselements erster Art 1000 Strahlung des ersten Farbortes emittiert wird. In dem vorliegenden Beispiel weist der Emissionsbereich zweiter Art 201 ein Konversionselement zweiter Art 2000 auf, welches im Halbleiterchip 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt, sodass durch die dem Halbleiterchip 20 abgewandte Oberfläche des Konversionselements zweiter Art 2000 Strahlung des zweiten Farbortes emittiert wird. Der erste Emissionsbereich dritter Art 301 weist in diesem Beispiel kein Konversionselement auf. Die im Halbleiterchip 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung wird durch die Emissionsseite des dritten Emissionsbereichs ohne Konversion emittiert. Somit ist die im Halbleiterchip 20 erzeugte elektromagnetische Strahlung Strahlung des dritten Farbortes. Alternativ kann der erste Emissionsbereich dritter Art 301 ein Konversionselement dritter Art umfassen, welches die im Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung in Strahlung des dritten Farbortes konvertiert.
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Die 6C zeigt eine alternative Ausführungsform des in 6B gezeigten Halbleiterchips 20, welcher ein gedünntes Substrat aufweist. Das Substrat kann dabei zum Beispiel auf höchstens 20 % seiner ursprünglichen Dicke gedünnt sein. Dies ermöglicht insbesondere eine verbesserte Ableitung von im Betrieb erzeugter Wärme durch das Substrat.
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Die 6D zeigt eine alternative Ausführungsform des in 6B gezeigten Halbleiterchips, wobei ein zusätzliches Isolationsmaterial 25 die ersten 21 und zweiten Kontakte 22 in der lateralen Ebene A umgibt und stoffschlüssig mit der der Emissionsseite 15 abgewandten Unterseite und den Seitenflächen der ersten 21 und zweiten 22 Kontakte verbunden ist. Die dem Halbleiterchip 20 abgewandten Unterseiten der ersten 21 und zweiten 22 Kontakte sind frei von dem Isolationsmaterial, sodass die Emissionsbereiche 101, 201, 301 mittels der ersten 21 und zweiten 22 Kontakte elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden können. Beispielsweise dient das Isolationsmaterial 25 zur mechanischen Stabilisierung des Halbleiterchips 20.
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Die 7A zeigt ein lichtemittierendes Modul 1, welches erste 101, 201, 301 und zweite 102, 202, 302 Emissionsbereiche unterschiedlicher Art umfasst. Die Emissionsbereiche 101, 102, 201, 202, 301, 302 sind in zwei Reihen in einer lateralen Ebene A nebeneinander in einem gemeinsamen Halbleiterchip 20 angeordnet. In der lateralen Ebene A benachbart zu jedem Emissionsbereich ist jeweils eine zweite Kontaktstruktur 22 angeordnet, mittels der der jeweils zu der zweiten Kontaktstruktur 22 benachbarte Emissionsbereich kontaktiert und betrieben werden kann.
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Die Emissionsbereiche sind elektrisch leitend mit der Ansteuervorrichtung 2 verbunden, welche sich für alle Emissionsbereiche im ersten Betriebszustand B1 befindet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die elektrische Verbindung zwischen der Ansteuervorrichtung 2 und den Emissionsbereichen in 7A nicht dargestellt.
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Die 7B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines wie in 7A aufgebauten Halbleiterchips, wobei jeweils nur ein erster Emissionsbereich erster 101, zweiter 201 und dritter Art 301 dargestellt ist. Der erste Emissionsbereich erster Art 101 weist ein Konversionselement erster Art 1000 auf, wobei im Betrieb durch die dem Halbleiterchip 20 abgewandte Seite des Konversionselements erster Art 1000 elektromagnetische Strahlung des ersten Farbortes emittiert wird. Der Emissionsbereich zweiter Art 201 weist ein Konversionselement zweiter Art 2000 auf, wobei im Betrieb durch die dem Halbleiterchip 20 abgewandte Seite des Konversionselements zweiter Art 2000 elektromagnetische Strahlung des zweiten Farbortes emittiert wird. Der Emissionsbereich dritter Art weist kein Konversionselement auf, wobei im Betrieb durch die Emissionsseite 15 des ersten Emissionsbereichs dritter Art 301 elektromagnetische Strahlung des dritten Farbortes emittiert wird. In dem in 7A und 7B gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Halbleiterchip an seiner Emissionsseite zweite Kontaktstrukturen und an der gegenüberliegenden Unterseite erste Kontaktstrukturen auf, über die die Emissionsbereiche separat voneinander elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden können.
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Die 8A zeigt eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen lichtemittierenden Moduls 1. Das lichtemittierende Modul umfasst einen ersten und einen zweiten Emissionsbereich erster 101, 102, zweiter 201, 202 und dritter 301, 302 Art. Die Emissionsbereiche sind in einer lateralen Ebene A nebeneinander angeordnet. Das lichtemittierende Modul 1 ist aus einem einzigen Halbleiterchip 20 gebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Emissionsbereiche unterschiedlicher Art entlang der eingezeichneten Linie B-B in einer Spalte 51 angeordnet. Orthogonal dazu in der lateralen Ebene A sind drei Emissionsbereiche unterschiedlicher Art entlang der eingezeichneten Linie A-A in einer Zeile 52 angeordnet.
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Die Emissionsbereiche sind elektrisch leitend mit der Ansteuervorrichtung 2 verbunden, welche sich für alle Emissionsbereiche im ersten Betriebszustand B1 befindet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die elektrische Verbindung zwischen der Ansteuervorrichtung 2 und den Emissionsbereichen in 8A nicht dargestellt.
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Die 8B zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der in 8A gezeigten Linie A-A. Die Emissionsbereiche einer Zeile 52 weisen einen gemeinsamen ersten Kontakt 21 auf, welcher auf der der Emissionsseite 15 abgewandten Unterseite des Halbleiterchips 20 freiliegende Flächen aufweist, über die die Emissionsbereiche einer Zeile gemeinsam elektrisch leitend kontaktiert werden können. Die Emissionsbereiche einer Zeile weisen separate zweite Kontakte 22 auf, über die diese separat elektrisch kontaktiert werden können. Die Emissionsbereiche unterschiedlicher Art weisen einen gemeinsamen Halbleiterchip auf, auf dem Emissionsbereich-spezifisch ein Konversionselement erster Art 1000, ein Konversionselement zweiter Art 2000 oder ein Konversionselement dritter Art 3000 angeordnet ist.
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Die 8C zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 8A gezeigten lichtemittierenden Moduls 1 entlang der eingezeichneten Linie B-B. Die Emissionsbereiche erster 101, zweiter 201 und dritter 301 Art in einer Spalte weisen einen gemeinsamen zweiten Kontakt 22 auf, über den die Emissionsbereiche gemeinsam elektrisch leitend kontaktiert werden können. Die Emissionsbereiche einer Spalte weisen separate erste Kontakte 21 auf, über die diese jeweils separat elektrisch leitend kontaktiert und betrieben werden können.
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9 zeigt eine schematische Draufsicht einer Anzeigevorrichtung 50, welche mehrere lichtemittierende Module 1, wie sie in 8A gezeigt sind, umfasst. Die lichtemittierenden Module 1 sind in einer lateralen Ebene A beabstandet zueinander auf einem Träger 40 an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Rechteckgitters, das heißt in Spalten 51 und Zeilen 52, angeordnet. Der Träger 40 kann eine Leiterplatte sein, die einen Grundkörper aus einem Kunststoffmaterial oder einem keramischen Material umfassen kann. Die einzelnen lichtemittierenden Module 1 werden mittels Drahtkontaktierung (Englisch: wire bonding) oder mittels planarer Verbindungen 31 (Englisch: planar interconnect) elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei werden jeweils die in einer Spalte 51 angeordneten Emissionsbereiche elektrisch leitend miteinander verbunden und die in einer Zeile 52 angeordneten Emissionsbereiche elektrisch leitend miteinander verbunden. Mittels Durchkontaktierungen 32 in dem Träger 40 können die lichtemittierenden Module 1 von der den lichtemittierenden Modulen 1 abgewandten Rückseite elektrisch leitend kontaktiert und mittels der Ansteuervorrichtung 2 betrieben werden.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtemittierendes Modul
- 2
- Ansteuervorrichtung
- 10
- Bildpunkt
- 15
- Emissionsseite
- 20
- Halbleiterchip
- 21
- Erster Kontakt
- 22
- Zweiter Kontakt
- 25
- Isolationsmaterial
- 31
- Leiterbahn
- 32
- Durchkontaktierung
- 40
- Träger
- 50
- Anzeigevorrichtung
- 51
- Spalte
- 52
- Zeile
- 101
- Erster Emissionsbereich erster Art
- 102
- Zweiter Emissionsbereich erster Art
- 1000
- Konversionselement erster Art
- 201
- Erster Emissionsbereich zweiter Art
- 202
- Zweiter Emissionsbereich zweiter Art
- 2000
- Konversionselement zweiter Art
- 301
- Erster Emissionsbereich dritter Art
- 302
- Zweiter Emissionsbereich dritter Art
- B1
- Erster Betriebszustand
- B2
- Zweiter Betriebszustand
- B3
- Dritter Betriebszustand
- B4
- Vierter Betriebszustand
- B5
- Fünfter Betriebszustand
- L
- Laterale Richtung
- A
- Laterale Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/024801 [0039]
- US 14/912382 [0039]