DE102020134035A1

DE102020134035A1 - Spiegeldisplay und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE102020134035A1
Application number: DE102020134035.4A
Authority: DE
Inventors: Erwin Lang
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20240006385A1; WO2022128819A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spiegeldisplay mit einer Spiegelfläche, die eine Spiegelschicht mit einer ersten Vielzahl von voneinander beabstandeten Ausnehmungen aufweist. Eine zweite Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen ist auf einer Ansteuerschicht angeordnet. Die Ansteuerschicht weißt dabei zumindest Zuleitungen zur Ansteuerung der optoelektronischen Bauelemente auf. In einer Draufsicht auf die Spiegelfläche ist jeweils wenigstens ein optoelektronisches Bauelement der zweiten Vielzahl in einer Ausnehmung der ersten Vielzahl angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spiegeldisplay sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
HINTERGRUND
Für einige Anwendungen beispielsweise im Automotivbereich soll in einem Spiegel gleichzeitig auch eine Displayanzeige integriert sein. Dies erlaubt es, beispielsweise einem Benutzer Informationen in einem Spiegel darzustellen, sodass dieser in geeigneter Weise darauf reagieren kann. Bei solchen integrierten Displays mit zusätzlicher Spiegelfunktion ist es jedoch notwendig, den Energieverbrauch des integrierten Displays und damit auch die verbundene Verlustleistung und Wärmeentwicklung möglichst gering zu halten. Gleichzeitig soll die Anzeige im Display auch bei einem einfallenden Licht auf den Spiegel gut lesbar und sichtbar sein. Entsprechend werden seitens der Anwender höhere Helligkeiten der Displayanzeige gefordert, als dies bei Standarddisplays im Automotivbereich notwendig wären.
Konventionelle Lösungen arbeiten in diesem Zusammenhang oftmals mit teiltransparenten Spiegeln, wobei das Display im Hintergrund mit einer deutlich höheren Helligkeit betrieben werden muss, um beim Betrachter die geforderte Helligkeit zu erzielen. Dies bedingt eine höhere Leistungsaufnahme und damit eine höhere thermische Belastung.
Eine typische Anwendung wird unter anderem durch den Spiegel von „https://www.gentex.com/files/Aftermarket-FDM-Flyer.pdf“ realisiert, bei der zwischen einer Spiegelfunktion und dem Displaymodus hin und her geschaltet werden kann. Für die Anwendung als Autoinnenspiegel ist es so möglich, zwischen einem Modus „Spiegel“ und dem Modus „Display“ umzuschalten. In Ersterem wird ein derartiges Display wie ein Spiegel verwendet, sodass dort der Rückraum eines Fahrzeugs über den Spiegel beobachtet werden kann. Im Displaymodus hingegen wird der Inhalt einer Kamera bzw. einer anderen Information im Display dargestellt.
Dennoch besteht das Bedürfnis ein Spiegeldisplay zu schaffen, bei der eine ausreichende Helligkeit, bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch und guter Spiegelfunktion erreicht werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, im Gegensatz zu konventionellen verspiegelten Displays eine Kombination aus Spiegel und Display zu realisieren, ohne auf die jeweils andere Funktionalität verzichten zu müssen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die wahrgenommene Leuchtdichte aktueller optoelektronischer Bauelemente, bzw. Leuchtdioden gegenüber ihrer eigentlichen Fläche recht groß ausfällt. Mit anderen Worten ist es so möglich, Pixel in einem Display nicht besonders eng setzen zu müssen, um dennoch den Eindruck einer vollständig leuchtenden Fläche zu erhalten. Dadurch lässt sich ein Display realisieren, dass zum einen als herkömmlicher Spiegel dienen, zum anderen aber auch Informationen, Bilder oder ähnliches darstellen kann. Durch die Verwendung von µ-LEDs kann auf einer kleinen Fläche eine sehr hohe Intensität erreicht, so dass sich ein derartiges Display auch in heller Umgebung gut erkennen lässt. Durch die Benutzung von µ-LED wird der Stromverbrauch gesenkt und auch die Spiegelfunktion nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt.
Die Anmeldung schlägt somit ein Spiegeldisplay mit einer Spiegelfläche vor, die eine Spiegelschicht mit einer ersten Vielzahl von voneinander beabstandeten Ausnehmungen aufweist. Eine zweite Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen ist auf einer Ansteuerschicht angeordnet. Die Ansteuerschicht weist dabei zumindest Zuleitungen zur Ansteuerung der optoelektronischen Bauelemente auf. In einer Draufsicht auf die Spiegelfläche ist jeweils wenigstens ein optoelektronisches Bauelement der zweiten Vielzahl in einer Ausnehmung der ersten Vielzahl angeordnet.
Durch die Ausnehmungen wird ein Spiegel nicht mit einer durchgehenden Fläche geschaffen, sondern eine Spiegelmatrix, bei der sich Ausnehmungen bzw. Öffnungen (d.h. nicht spiegelnde Bereiche) mit spiegelnden Bereichen abwechseln. Die Größe der Ausnehmungen bzw. der Öffnungen ist jedoch im Vergleich zur Fläche der spiegelnden und die Öffnungen umgebenden Bereichen sehr klein, so dass diese einem Benutzer nicht oder lediglich kaum auffallen und auch nicht störend wirken.
Beispielsweise kann eine Ausnehmung im Bereich weniger µm, beispielsweise im Bereich von 10 µm bis 50 µm oder auch nur zwischen 10 µm bis 30 µm liegen. Dadurch ergibt sich eine Fläche zwischen 100 µm² und 2500 µm² bzw. 900 µm² . Im Vergleich zu einem normalen Rückspiegel in einem Kraftfahrzeug von ca. 20 cm × 6 cm bei 600 × 200 Bildpunkten ergibt sich eine Gesamtfläche der Ausnehmungen von in etwa 300 mm² gegenüber einer Gesamtfläche von 14000 mm². Das liegt im Bereich von 2%. Eine Gesamtfläche aller Ausnehmungen beträgt damit in einigen Aspekten weniger als 10% der Spiegelfläche und liegt insbesondere im Bereich von 0,5% bis 3% der gesamten Spiegelfläche. In einigen Aspekten soll die Pixeldichte im Bereich von 150 ppi bis 200 ppi oder auch größer als 200 ppi sein. in anderen Anwendungen liegt die Größe einer Ausnehmung liegt im Bereich von 10 µm, die Größe eines Pixels in einigen Aspekten im Bereich von 100 µm bis 150 µm Kantenlänge.
Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können als µ-LEDs ausgestaltet sein. µ-LED sind optoelektronische Bauelemente mit sehr geringer Kantenlänge, generell im Bereich weniger µm bis einiger 10 µm. Sie zeichnen sich durch eine hohe Leuchtkraft bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch und damit verbundener geringer Wärmeleistung aus.
In einigen Aspekten ist die Ausnehmung so groß ausgestaltet, dass drei optoelektronische Bauelemente in dieser Angeordnet sind. Diese drei optoelektronischen Bauelemente können im Betrieb Licht unterschiedliche Farben erzeugen, so dass sich damit alle Farben mischen lassen. In einem solchen Fall entspricht die zweiten Vielzahl in etwa dem dreifachen der ersten Vielzahl. Alternativ kann auch für jedes optoelektronische Bauelement eine Ausnehmung vorgesehen sein, so dass die erste Vielzahl in etwa die zweite Vielzahl beträgt. Die Ausnehmungen können in Reihen und Spalten angeordnet sein. Alternativ können diese auch der Form der Spiegelfläche folgen, wodurch sich eventuell leicht veränderte Geometrien ergeben.
Die optoelektronischen Bauelemente können jeweils gruppiert werden. In einigen Aspekten sind jeweils drei Ausnehmungen derart gruppiert, dass ein Abstand zueinander geringer ist als ein Abstand zu einer benachbarten Gruppe von drei Ausnehmungen. Eine derartige Gruppierung kann beispielsweise in einer Reihe erfolgen, aber auch in Form eines Dreiecks, wobei in einem Aspekt die Zentren der Bauelemente die Spitzen des Dreiecks bilden. Auf diese Weise können drei optoelektronische Bauelemente jeweils ein Pixel des Spiegeldisplays bilden.
Weitere Aspekte betreffen die geometrische Ausgestaltung und Position der spiegelnden Fläche in Bezug auf die optoelektronischen Bauelemente. Der oben verwendete Begriff eines Bauelements in einer Ausnehmung ist so zu verstehen, dass ein Benutzer in Blickrichtung auf das Spiegeldisplay das Bauelement in der Anordnung erkennen kann oder erkennen könnte, und das Bauelement zumindest teilweise freiliegt. Ein Benutzer sieht somit die Ausnehmung und das Bauelement. Allerdings kann das Bauelement von einer Seite her betrachtet über, in oder unter der Ausnehmung liegen.
Dies bedeutet in einigen Aspekten, dass in Draufsicht die in der ersten Vielzahl von Ausnehmungen angeordneten optoelektronischen Bauelemente hinter der Spiegelschicht liegen, d.h. also von einem Benutzer weiter entfernt sind als die Spiegelschicht. Die Spiegelschicht liegt somit vor den Bauelementen, so dass diese durch die Ausnehmungen hindurchstrahlen. In einer anderen Ausgestaltung liegen in Draufsicht die in der ersten Vielzahl von Ausnehmungen angeordneten optoelektronischen Bauelemente zumindest teilweise in der Ebene der Spiegelschicht. Mit anderen Worten kann hier die Emissionsfläche der optoelektronischen Bauelemente in etwa bündig mit der Spiegelfläche abschließen, so dass sich eine im wesentlichen planare Oberfläche ergibt. Spiegelschicht und Emissionsfläche wären daher in etwa gleich weit von einem Benutzer entfernt. Wiederum kann in einigen anderen Aspekten vorgesehen sein, dass die Emissionsfläche die Oberfläche leicht überragt, die optoelektronischen Bauelemente daher über die Spiegelschicht hinausragen und somit näher am Benutzer sind.
An dieser Stelle sei festgehalten, dass unter dem Begriff Emissionsfläche die Fläche gemeint ist, die senkrecht zur gewünschten Hauptabstrahlrichtung liegt. Das optoelektronische Bauelement kann als Flächen- oder auch als Volumenemitter ausgebildet sein. in beiden Fällen ist jedoch eine Hauptabstrahlrichtung gegeben (z.B. die Richtung aus der ein Benutzer auf das Spiegeldisplay schaut), so dass die Fläche des Bauelements auf die der Benutzer schaut die Emissionsfläche definiert.
Es kann eine Planarisierungsschicht vorgesehen sein, die zwischen der Spiegelschicht und den optoelektronischen Bauelementen angeordnet ist. Dadurch kann die Spiegelschicht von der Emissionsfläche beabstandet werden, wodurch sich ein weiterer Freiheitsgrad im Design ergibt. Insbesondere können durch eine Planarisierungsschicht eventuelle Höhenunterschiede ausgeglichen werden. Bereiche zwischen den optoelektronischen Bauelementen auf der Ansteuerschicht können entweder schwarz, d.h. absorbierend oder auch spiegelnd ausgestaltet werden. Je nach gewünschtem Anwendungsfall wird so ein Übersprechen reduziert. Eine weitere Panarisierungsschicht kann sich somit über die optoelektronischen Bauelemente erstrecken. In einem weiteren Aspekt kann eine zusätzliche Schicht auch über der Spiegelschicht angeordnet werden.
In einigen Aspekten ist eine Emissionsfläche des wenigstens einen in der Ausnehmung angeordneten optoelektronischen Bauelements geringer als die Fläche der Ausnehmung. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Ebenso kann grundsätzlich auch die Ausnehmung gleich groß oder sogar kleiner sein als die Emissionsfläche des wenigstens einen in der Ausnehmung angeordneten optoelektronischen Bauelements. In einem solchen Fall, würde das Bauelement vollständig ausleuchten. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass stets die ganze Ausnehmung als leuchtende Fläche gilt. Daneben können auch die Anforderungen an die Größe des Bauelements etwas reduziert werden.
Das Spiegeldisplay kann neben den bereits genannten Schichten weitere Schichten umfassen, die unterschiedlichen Zwecken dienen und entsprechende Funktionalitäten aufweisen. So ist in einem Aspekt ein Füllmaterial vorgesehen, welches die Ausnehmung zumindest teilweise ausfüllt, so dass eine Oberfläche der Spiegelschicht planarisiert ist. Zusätzlich können transparente Schutzschicht(en) angegeben sein, insbesondere aus einem Kunststoff oder auch aus Glas, die in Draufsicht vor der Spiegelschicht angeordnet sind. Diese schützen das Spiegeldisplay vor Beschädigungen oder einem Zerkratzen der Spiegelschicht. Des Weiteren ist es möglich, in diesen zusätzlichen Schichten weitere Funktionalitäten wie Abblendfunktion durch eine elektrochromatische Schicht in Draufsicht vor der Spiegelschicht auf oder in dem Glas unterzubringen.
In einer anderen Ausgestaltung umfasst das vorgeschlagene Spiegeldisplay zusätzlich eine teiltransparente Spiegelschicht, welche in Draufsicht auf der Spiegelschicht und den Ausnehmungen angeordnet ist. Eine derartige teiltransparente Spiegelschicht hat sich als zweckmäßig erwiesen, um den Spiegeleindruck weiter zu verbessern, d.h. den Eindruck periodisch angeordneter Ausnehmungen zu reduzieren, die andernfalls unter bestimmten Bedingungen den Seheindruck beeinflussen. Gleichzeitig ermöglicht die teiltransparente Spiegelschicht dennoch ausreichend Licht der optoelektronischen Bauelemente durch die teiltransparente Schicht hindurchzutreten. Eine Teiltransparenz im Bereich von 70% bis 90% hat sich als zweckmäßig erwiesen.
Ein weiterer Gesichtspunkt betrifft die Ausgestaltung und Anordnung bzw. die Position der Ansteuerschicht in Bezug auf die Spiegelschicht und die optoelektronischen Bauelemente. In einem Aspekt umfasst das Spiegeldisplay ein Trägersubstrat, auf dem die Ansteuerschicht aufgebracht ist. In einigen Ausführungen ist die Ansteuerschicht in einer Draufsicht auf die Spiegelfläche zwischen der Spiegelfläche und den optoelektronischen Bauelementen angeordnet.
In einigen Aspekten ist in der Ansteuerschicht eine dritte Vielzahl von transparenten Bereichen oder Öffnungen angeordnet, die in Draufsicht auf die Spiegelfläche den Ausnehmungen entsprechen. Die optoelektronischen Bauelemente sind in Draufsicht hinter diesen transparenten Bereichen angeordnet, so dass sie in einem Betrieb durch die transparenten Bereiche der Ansteuerschicht und auch durch die Ausnehmungen der Spiegelschicht strahlen. In einigen Aspekten bildet das Trägersubstrat auch eine Schutzschicht, ist somit transparent ausgestaltet und liegt in Draufsicht vor der Spiegelschicht.
Wie erwähnt kann die Ansteuerschicht neben Zuleitungen weitere elektronische Bauelemente in TFT Technologie zur Versorgung der optoelektronischen Bauelemente umfassen. Dadurch können die Ansteuerschicht und damit zumindest ein Teil der Versorgungselektronik, z.B. regelbare Stromquellen umfassen und dennoch nur einen geringen zusätzlichen Platz benötigen.
Die Anwendungen für ein solches Spiegeldisplay sind zahlreich. Eine typische Anwendung liegt im Automotivbereich, in dem das vorgeschlagene Spiegeldisplay als Rückspiegel zum Einsatz kommen kann. Auch Außenspiegel können zusätzlich mit derartigen Displays ausgestaltet sein, um ggf. Informationen einblenden zu können. Einfache Anwendungen können z.B. Taxameter oder Rückfahrkameras darstellen, bei denen lediglich Teilbereiche des Spiegels mit einem Display ausgerüstet sind. Ein anderes Anwendungsgebiet sind Spiegel im Servicebereich, z.B. bei der Kleideranprobe, Friseur oder auch Make-up-bereich. Dort lässt sich beispielsweise über das Gesicht oder Körper einer Person eine Kleidung, Make-up oder ein Accessoire projizieren, so dass dem Benutzer hier eine zusätzliche virtuelle Anprobemöglichkeit geschaffen wird.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines derartigen Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dabei wird ein Trägersubstrat, insbesondere ein transparentes Trägersubstrat sowie eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen bereitgestellt. Es wird eine Ansteuerschicht mit der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen erzeugt, so dass optoelektronischen Bauelemente an dedizierten Positionen der Ansteuerschicht platziert und elektrisch mit Zuleitungen der Ansteuerschicht verbunden sind.
Es kann also in einem ersten Schritt ein Display, insbesondere ein µ-display mit einer Vielzahl von µ-LEDs erzeugt werden, die in Reihen und Spalten oder in einer anderen vorgegebenen Form angeordnet sind. Dieses Display kann separat und unabhängig von den folgenden Schritten erzeugt werden, jedoch kann auch der folgende Schritt noch Teil des Herstellungsprozesses des Displays sein. In einem nächsten Schritt wird eine Spiegelfläche mit einer Spiegelschicht und einer Vielzahl von Ausnehmungen ausgebildet, so dass jedes der die optoelektronischen Bauelemente in einer Draufsicht in einer der Vielzahl von Ausnehmungen angeordnet ist.
Auf diese Weise wird ein Display erzeugt, das sowohl eine Spiegelfunktion durch die Spiegelschicht als auch eine Displayfunktion durch die in Ausnehmungen in der Spiegelschicht vorhandenen Leuchtdioden besitzt. In einem Aspekt umfasst der Schritt des Ausbildens einer Ansteuerschicht das Ausbilden einer Ansteuerschicht auf dem Trägersubstrat mittels Dünnschichttechnologieverfahren zur Erzeugung von Zuleitungen und einer Vielzahl von Kontaktpads. Daneben können auch andere elektronische Bauelemente, passive oder aktive Komponenten in der Ansteuerschicht erzeugt werden. Die Ansteuerschicht kann separat gefertigt und dann mittels eines Transferverfahrens auf das Trägersubstrat übertragen werden. Sodann werden die optoelektronischen Bauelemente auf der Vielzahl von Kontaktpads platziert, so dass eine Hauptemissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von der Ansteuerschicht abgewandt ist.
In einer dazu alternativen Ausgestaltung können die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen auch an dedizierten Positionen platziert werden, so dass eine Hauptemissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von der Ansteuerschicht zugewandt ist. Die Ansteuerschicht weist dazu Aussparungen an diesen Positionen auf, so dass in Draufsicht jedes der optoelektronischen Halbleiterbauelemente in einer solchen Aussparung angeordnet ist, wobei die Ansteuerschicht einem Benutzer näher (oder gleich weit entfernt) als die Emissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ist.
Ein anderer Gesichtspunkt betrifft die Ausbildung einer Spiegelfläche. Dies erfolgt in einer Ausführung, in dem ein reflektierendes Material insbesondere basierend auf Silber aufgebracht wird und anschließend ein darauf abgeschiedener Fotolack strukturiert wird, so dass der Fotolack über einer Vielzahl von Bereichen entfernt ist. Das reflektierende Material wird in der Vielzahl von Bereichen zur Erzeugung der Vielzahl von Ausnehmungen dann wieder entfernt.
Figurenliste
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines konventionellen Rückspiegelschirms;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
3 stellt eine erste Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht dar;
4 ist eine zweite Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht;
5 zeigt eine dritte Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht;
6 stellt eine vierte Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht dar;
7 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht;
8 zeigt eine sechste Ausführungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Seitenansicht;
9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
Bei herkömmlichen Spiegeln wird das Problem einer ausreichenden Helligkeit bei gleichzeitig guter Spiegelfunktion dadurch gelöst, dass hinter einem teiltransparenten Spiegel ein Display, beispielsweise in Form eines LCD Displays angeordnet wird. Durch den teiltransparenten Spiegel wird bei einem ausgeschalteten Display die Spiegelfunktion realisiert, so dass sich ein Betrachter im Spiegel sehen kann. Ist jedoch eine Displayanzeige gewünscht, muss das Licht des Displays ausreichend stark sein, um durch den teiltransparenten Spiegel und zum Auge des Benutzers zu gelangen.
In konventionellen LCD-Display umfasst ein Pixel drei Subpixel. Die drei Sub-pixel emittieren z.B. rotes, grünes und blaues Licht, in dem in der Regel ein LCD-Modul von der Rückseite mit weißem Licht homogen beleuchtet wird. Jedes Subpixel beinhaltet je einen r,g,b -Farbfilter, so dass jeweils nur rotes, grünes oder blaues Licht emittiert werden kann. Im Stand der Technik ist das heutzutage eine LED-basierte Backlight-Unit, bei der in einem Light-Guide an der Seite weiße LEDs angebracht sind, die Licht in den Light-Guide einkoppeln. Bei klassischen Lösungen mittels eines LCD Displays lässt sich so durch zusätzliches Back-Light die Helligkeit verbessern, jedoch wird dadurch der Spiegel dicker und der Stromverbrauch weiter erhöht.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Spiegels, bei der eine teiltransparente Spiegelschicht 90a vor ein Display 90b gesetzt ist. Das Display 90b umfasst mehrere in Reihe und Spalten angeordnete Pixel 90c, die wiederum drei unterschiedliche optoelektronische Bauelemente umfassen. Die optoelektronischen Bauelemente werden im Folgenden vereinfacht auch als Leuchtdioden bzw. LEDs bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel sind die drei Leuchtdioden zur Erzeugung für rotes, grünes bzw. blaues Licht ausgeführt und zu einem Pixel gruppiert.
Bei einer 30 bis 50% Transmission im sichtbaren Spektralbereich durch die teiltransparente Spiegelschicht 90a, muss das Display und die darauf befindlichen Leuchtdioden 90c in etwa um das Doppelte bis zum 3,5-fachen der normalen Helligkeit betrieben werden, um bei einem Benutzer den gleichen Helligkeits- und Seheindruck zu erreichen. Die höheren Helligkeiten erfordern eine größere Stromaufnahme und damit verbunden eine höhere thermische Belastung.
Der Erfinder schlägt nun vor, ein Spiegeldisplay bereitzustellen, bei dem Pixel bzw. optoelektronische Bauelemente in Ausnehmungen einer Spiegelmatrix direkt angeordnet sind. Somit befinden sich die einzelnen optoelektronischen Bauelemente nicht hinter einer teiltransparenten Spiegelschicht, sondern in Ausnehmungen innerhalb einer Spiegelmatrix.
Eine schematische Zeichnung einer derartigen Ausgestaltung in Draufsicht ist in 2 dargestellt. Dabei umfasst das vorgeschlagene Spiegeldisplay eine Länge L sowie eine Höhe H mit einer Spiegelfläche 21a. Diese Spiegelfläche ist als Spiegelmatrix aufgebaut, und besitzt somit spiegelnde Bereiche einer Spiegelschicht und eine Vielzahl von in Reihe und Spalten angeordnete Ausnehmungen in dieser Schicht. Diese Ausnehmungen können wie dargestellt zu einem Pixel 10 oder 10' gruppiert sein, wobei die Abmessungen des Pixels Y bzw. X (in der Höhe) betragen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Pixel rechtecksförmig ausgestaltet, dies ist jedoch nicht notwendiger Weise erforderlich. Vielmehr können je nach Geometrie der gesamten Spiegelfläche 21a auch die Pixel in unterschiedlicher Weise realisiert sein. Jedes Pixel wiederum besitzt im vorliegenden Fall drei Subpixel zur Erzeugung der Farben Rot, Grün und Blau. Die Subpixel 20 sind dabei in Draufsicht zentriert in der Spiegelfläche 21a angeordnet und mit Ausnehmungen 22 gebildet.
Die Seitenlänge y bzw. die Höhe x einer jeden Ausnehmungen 22 ist im Vergleich zur Seitenlänge Y bzw. Höhe X des Pixels deutlich geringer und kann beispielsweise lediglich 1/10 der Längen Y, X betragen. Mit anderen Worten ist somit die Fläche eines Pixels in etwa 100 mal so groß wie ein Subpixel bzw. die die in dem Subpixel vorgesehene Ausnehmung. Dadurch ergibt es sich in der Gesamtbetrachtung eine große Fläche der Spiegelschicht der Spiegelfläche 21a im Verhältnis zu einer deutlich geringeren Fläche aller Ausnehmungen. Wenn wie im dargestellten Ausführungsbeispiel die Seitenlänge einer Ausnehmung in etwa 1/10 der Seitenlänge eines Pixels beträgt, so ist das Verhältnis der Fläche von Ausnehmungen 22 zur Gesamtfläche eines Pixels 10 mit insgesamt drei Subpixel 3/100 bzw. grob 1/33. Ein derartiges Verhältnis der Fläche aller Ausnehmungen 22 in allen Pixeln zur Gesamtfläche der Spiegelschicht ist somit in etwa 3 %. In einigen Ausgestaltungen kann jedoch die Fläche aller Ausnehmungen noch geringer sein, wenn als optoelektronische Bauelemente 30 sogenannte µ-LEDs mit einer Kantenlänge von nur wenigen Mikrometern verwendet werden. Die Anzahl der Pixel wird üblicherweise in ppi (pixels per inch angegeben). In der Ausführung der 2 mit einer Kantenlänge Y = X von 120µm pro Pixel ergibt sich eine Pixeldichte von etwa 211 ppi. Bei einer Seitenlänge von 20 x 6 cm wären dies in etwa 833000 Bildpunkte.
Die Anzahl und auch die Form und Anordnung der Ausnehmungen ist dabei von der gewünschten Displayfunktion abhängig. Beispielsweise können wie hier dargestellt die einzelnen Pixel zehn in Reihen und Spalten angeordnet sein, sodass sich ein „normales“ Display mit einer Anzahl von Pixeln bzw. Bildpunkten in Reihen und Spalten ergibt. Bei einer anderen Spiegelfläche beispielsweise in Form eines Halbkreises oder mit gekrümmten Rändern kann auch die Form und Positionierung der einzelnen Pixel und der optoelektronischen Bauelemente bzw. der Ausnehmungen 22 entsprechend angepasst werden. Ebenso muss nicht der gesamte Bereich der Spiegelfläche Ausnehmungen aufweisen. Diese kann auch nur in einem Teilbereich eine Spiegelmatrix und damit ein Display (also Ausnehmungen) beinhalten, während andere Bereiche eine durchgängige Spiegelschicht umfassen.
Die Spiegelschicht 21 selbst ist aus einem üblichen Material, beispielsweise einer Silberbeschichtung gefertigt und umgibt die jeweiligen Ausnehmungen. In dem Randbereich der Ausnehmung weist die Spieleschicht eine geeignete Form auf, um beispielsweise Beugungseffekte von Licht und damit Artefakte zu reduzieren, die bei einem Benutzer einen störenden Seheindruck erzeugen. Ausnehmungen im Bereich weniger 10 µm sind von dem Benutzer kaum und nur mit großer Mühe und geringem Abstand von der Spiegelschicht zu erkennen. Deswegen und aufgrund der geringen Fläche einer jeden Ausnehmung bezüglich der Gesamtfläche ergibt sich für einen Benutzer bei einem ausgeschalteten Display jedoch lediglich die bekannte Funktion der Spiegelschicht.
In der hier dargestellten Form ist jedes Pixel durch drei Subpixel in den unterschiedlichen Farben dargestellt, wobei die einzelnen Subpixel bzw. deren Ausnehmungen 22 in Reihe angeordnet sind. Ein Pixel umfasst somit drei in Reihe angeordneten Subpixel. In einer alternativen Ausführungsform dargestellt in Pixel 10' sind die Subpixel 20 mit ihren jeweiligen Ausnehmungen so zueinander angeordnet, dass sie eine Art gleichschenkliges Dreieck bilden. Dabei sitzt jede Ausnehmung auf einer Spitze eines derartigen gleichschenkligen Dreiecks.
Neben dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, weitere Ausnehmungen pro Pixel vorzusehen, sodass dort je nach Anwendungsfall redundante optoelektronische Bauelemente platziert werden können. Bei Bedarf können diese optoelektronischen Bauelemente die Funktionen beschädigter Bauelemente ersetzen oder zusätzliche visuelle Informationen bereitstellen. Derartige Ausnehmungen mit redundanten Bauelementen können je nach Anwendungsfall nach einem Test des erfindungsgemäßen Spiegeldisplays auch abgedeckt bzw. mit einer spiegelnden Fläche versehen werden.
3 zeigt nun eine erste Ausgestaltungsform des Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Seitenansicht. Das Spiegeldisplay umfasst ein Trägersubstrat 27, auf dem in einem Herstellungsprozess in mehreren Schritten eine Ansteuerschicht 26 ausgebildet ist. Die Ansteuerschicht 26 ist in Dünnschichttechnologie ausgeführt und umfasst neben möglichen Zuleitungen auch weitere elektronische Bauelemente beispielsweise Transistoren, Kondensatoren oder andere Elemente zur Bildung von Stromquellen und zur Ansteuerung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente bzw. der Leuchtdioden. Einige Positionen auf der Oberfläche der Ansteuerschicht 26 sind als Kontaktpads ausgebildet. Auf den Kontaktpads sind mehrere Leuchtdioden 30, 31 und 32 angeordnet und elektrisch kontaktiert. Die Leuchtdioden 30 bis 32 sind als µ-LEDs mit einer Kantenlänge von nur wenigen Mikrometern ausgeführt.
Im vorliegenden Beispiel sind die Leuchtdioden als horizontale Leuchtdioden ausgebildet, sodass deren Kontaktpads, d. h. die Anschlüsse für Anode und Kathode auf der gleichen Seite des Körpers der Leuchtdioden liegen. Alternativ können diese Leuchtdioden auch als vertikale Leuchtdioden ausgeführt sein, bei dem ein Kontakt der Ansteuerschicht 26 gegenüberliegt und der andere Kontakt neben oder in der Emissionsfläche der Leuchtdioden angeordnet ist. Dieser Kontakt ist dann über eine elektrische Zuleitung mit der Ansteuerschicht 26 verbunden.
Die einzelnen Leuchtdioden 30 bis 32 sind voneinander beabstandet. Ein Zwischenraum zwischen den Leuchtdioden ist mit einer isolierenden Planarisierungsschicht 25 aufgefüllt. Die Höhe der Planarisierungsschicht ist im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass die Oberfläche der Planarisierungsschicht 25 mit der Emissionsfläche der jeweiligen Leuchtdioden bündig abschließt.
Auf der Planarisierungsschicht 25 ist nun eine Spiegelfläche 21a mit einer Spiegelschicht 21 aufgebracht. Die Spiegelschicht kann als Material Silber, oder ein anderes reflektierendes Metall umfassen. Die Spiegelfläche 21a umfasst mehrere Ausnehmungen 22 in der Schicht 21, deren Größe geringfügig größer als die Emissionsfläche der jeweiligen optoelektronischen Bauelemente bzw. Leuchtdioden 30 bis 32 ist. Die Spiegelschicht 21 schließt damit direkt an die Emissionsfläche der Leuchtdioden 30 bis 32 an, wobei in Draufsicht die Leuchtdioden 30 bis 32 somit in einer der jeweiligen Ausnehmungen angeordnet sind. Zwischen den einzelnen optoelektronischen Bauelementen ist ebenfalls ein Teilbereich mit der Spiegelschicht 21 bedeckt, sodass sich in Draufsicht drei im wesentlichen quadratische Ausnehmungen ergeben. Diese Struktur entspricht der in 2 gezeigten Ausführungsform für ein Pixel. Jede der Ausnehmungen 22 mit darin in Draufsicht angeordneten Leuchtdioden 30 bis 32 bildet somit eine Subpixel.
Auf der Spiegelschicht 21 ist nun eine weitere Planarisierungs- und transparente Schutzschicht 24 abgeschieden. Die Schutzschicht füllt den Bereich der Ausnehmung aus, in der die Leuchtdioden 30 bis 32 angeordnet sind. Ein Brechungsindex der Schutzschicht 24 kann dabei so gewählt sein, dass sich Licht aus den Leuchtdioden 30 bis 32 gut auskoppeln und in die Schutzschicht 24 einkoppeln lässt.
Die Dicke der Schutzschicht 24 kann dabei einige 10 µm bis einige 100 µm betragen. Oberhalb der Schutzschicht 24 ist zusätzlich eine transparente Glasschicht 23 ausgeführt. Die Glasschicht 23 dient als weiterer Schutz vor Beschädigungen der transparenten Schutzschicht, kann jedoch auch zusätzliche Funktionalitäten übernehmen. Beispielsweise kann in der Glasschicht 23 eine elektrochromatische Struktur implementiert sein, sodass sich das Spiegeldisplay zusätzlich in geeigneter Weise abdunkeln lässt, um beispielsweise eine Reflexion von einfallendem Licht im Spiegel zu verringern. Die Schutzschicht 24 und auch das Schutzglas 23 ist optional ausgeführt, kann also je nach Ausführungsform weggelassen werden bzw. anderweitig ausgebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel der 3 liegen die Emissionsflächen der Leuchtdioden 30 bis 32 im Wesentlichen innerhalb der Ebene des Spiegelschicht 21 der Spiegelfläche 21a. Dadurch wird ein Großteil des von Leuchtdioden 30 bis 32 erzeugten Lichts nach oben hinweg abgestrahlt, sodass die Verluste Lichtleistung relativ gering sind. Je nach Brechungsindexsprung zwischen der Schutzschicht 24 und der Emissionsfläche der Leuchtdioden 30 bis 32 kann es jedoch zu unerwünschten Reflexionen im Grenzbereich führen. In einigen Anwendungen ist es daher zweckmäßig, eine Anpassung des Brechungsindex zu verbessern, oder auch eine Lichtführung vorzusehen.
4 zeigt eine dafür geeignete Ausgestaltung, bei der die Spiegelfläche 21a von den Emissionsflächen der einzelnen Leuchtdioden 30 bis 32 beabstandet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Leuchtdioden zur Bildung eines Subpixels 20, 20' und 20'' wiederum auf der Ansteuerschicht 26 als horizontale Leuchtdioden ausgebildet. Eine Planarisierungsschicht 25 aus einem transparenten Material umgibt die einzelnen Leuchtdioden vollständig und überdeckt insbesondere auch deren Emissionsflächen. Die Spiegelfläche 21a liegt in Draufsicht somit vor den jeweiligen Emissionsflächen der Leuchtdioden. Die Ausnehmungen 22 der Spiegelfläche 21a sind wiederum direkt über den jeweiligen Leuchtdioden angeordnet. In dieser Ausgestaltung wird somit neben der Möglichkeit einer Anpassung des Brechungsindex zwischen der Emissionsfläche der Leuchtdioden und der Schutzschicht 24 des Spiegeldisplays auch eine gewisse Lichtformung erreicht. Dies ist durch den einstellbaren Abstand der Ausnehmungen 22 von der Emissionsfläche der jeweiligen Leuchtdioden 30 bis 32 bedingt.
Die Ausführungsformen der 3 und der 4 können im Wesentlichen in zwei getrennten und separaten Schritten hergestellt werden. In einem ersten Schritt wird das µ-LED Display aus dem Trägersubstrat 27, der Ansteuerschicht 25, den einzelnen die Subpixel bildenden optoelektronischen Bauelementen sowie der Planarisierungsschicht 25 separat gefertigt. Es in einem zweiten nachfolgenden Schritt kann die Spiegelfläche 21a mit den Ausnehmungen und der Spiegelschicht 21 auf der Planarisierungsschicht 25 aufgetragen werden. Ebenso ist es möglich, die Glasschicht 23, die Schutzschicht 24 und die Spiegelfläche 21 separat herzustellen. Dieser Teil des Spiegeldisplays wird dann auf ein entsprechendes µ-LED Display ausgerichtet und auf dieses aufgesetzt.
5 zeigt ein demgegenüber unterschiedliches Ausführungsbeispiel. Bei diesem ist wiederum auf einem Trägersubstrat 27 eine Ansteuerschicht 26 in Dünnfilmtechnologie ausgeführt. Auf der Oberfläche der Ansteuerschicht 26 ist eine separate nicht-leitende Schicht aufgebracht, die lediglich die Kontaktbereiche für die optoelektronischen Leuchtdioden 30 bis 32 auf der Ansteuerschicht frei lässt. Auf der nicht-leitenden Schicht kann nun die Spiegelfläche 21a mit der Spiegelschicht 21 abgeschieden werden, wobei auch hier die Kontaktbereiche der optoelektronischen Bauelemente frei bleiben. Die optoelektronischen Bauelemente befinden sich somit zwischen den freiliegenden Kontaktbereichen in den Ausnehmungen der Spiegelfläche 21a.
Wie in 5 dargestellt liegen damit die Emissionsbereiche der optoelektronischen Bauelemente in Draufsicht oberhalb der Spiegelschicht 21. Eine transparente und nicht-leitende Planarisierungsschicht 25 umgibt die Spiegelfläche 21a sowie die optoelektronischen Bauelemente und ist mit einer weiteren Schutzschicht 24 und einer Glasschicht 23 abgedichtet und vor Beschädigungen geschützt.
In dieser Ausführungsform umfasst somit das µ-LED Display nicht nur das Trägersubstrat 27, die Ansteuerschicht 26 sowie die darauf befindlichen optoelektronischen Bauelemente, sondern auch die Spiegelfläche 21a. Eine derartige Ausgestaltung mag je nach Anwendungsfall einfacher herzustellen sein, jedoch kann sich ein Seheindruck bei einem Benutzer aufgrund der erhöhten Emissionsflächen verändern. Insbesondere können die Ausnehmungen in allen drei Ausgestaltungsform für einen Benutzer sichtbar sein und somit bezüglich einer möglichen Spiegelfläche störend wirken. Aus diesem Grund mag es zweckmäßig sein, die Ausnehmungen zusätzlich mit einem Teil transparenten Spiegelmaterial zu versehen, um diesen möglicherweise störenden Einfluss zu verringern.
6 zeigt eine derartige Ausgestaltungsform, bei der ein teiltransparenter Spiegel 210 auf der Spiegelschicht 21 zusätzlich abgeschieden ist. Die teiltransparente Spiegelschicht 210 kann dabei eine relativ große Transparenz im Bereich von 70-90 % aufweisen, und somit die Ausnehmungen nur geringfügig abschatten. Dadurch wird gewährleistet, dass in einem Betrieb des µ-LED Displays ausreichend Licht durch die Ausnehmungen 22 und die teiltransparente Spiegelschicht 210 hindurchtritt. Dennoch wird durch die teiltransparente Spiegelschicht 210 die Struktur der Ausnehmungen 220 für einen Benutzer verschleiert, sodass sich für diesen bei einem ausgeschalteten Display der Eindruck eines normalen Spiegels ergibt.
Die bisherigen Ausführungsformen zeigen ein µ-LED Display, dessen Emissionsrichtung von der Ansteuerschicht 26 weggerichtet ist. Es ist jedoch auch möglich, elektronische Bauelemente so anzuordnen, dass diese durch die Ansteuerschicht hindurch strahlen. Dies erlaubt eine höhere Flexibilität in der Implementierung, sodass sich gegebenenfalls weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.
Die 7 und 8 eine derartige Ausgestaltungsform. In den 7 und 8 ist vorgesehen, das von den optoelektronischen Bauelementen abgestrahlte Licht durch das transparente Trägersubstrat 27a zu führen. Zu diesem Zweck wird, wie beispielsweise in 8 dargestellt, ein transparentes Trägersubstrat 27a bereitgestellt, auf dem die Spiegelfläche 21a mit der Spiegelschicht 21 und den darin befindlichen Ausnehmungen abgeschieden wird. Das µ-LED Display umfasst wiederum eine Ansteuerschicht 26, in der mehrere transparente Bereiche 261, 261' und 261'' vorgesehen sind. Die transparenten Bereiche können sowohl als Öffnungen ausgebildet sein, die optional mit einem transparenten Material verfüllt sind. Auf diesen transparenten Bereichen 261, 261' und 261'' sind nun die optoelektronischen Bauelemente in Form von µ-LEDs aufgebracht.
Die Anordnung und insbesondere die pLEDs 30 bis 32 sind dabei so positioniert, dass ihre Emissionsfläche den transparenten Bereichen 261, 261' und 261'' sowie den Ausnehmungen 22 gegenüberliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die transparenten Bereiche größer ausgeführt als die jeweiligen Ausnehmungen und auch größer ausgeführt als die jeweiligen Emissionsflächen der optoelektronischen Bauelemente. Dadurch wird in der Herstellung eine Positionierung der transparenten Bereiche in der Schicht 26 bezüglich der Ausnehmungen 22 erleichtert.
Ebenso können auch die optoelektronischen Bauelemente auf die transparenten Bereiche leichter positionsgenau aufgesetzt werden. In einigen Ausführungsformen ist es zweckmäßig, die Seitenwände der transparenten Bereiche weiterhin mit einem nicht absorbierenden aber reflektierenden Material auszugestalten. Dadurch wird Licht, welches von den Bauelementen in die transparenten Bereiche abgestrahlt wird und auf die Seitenwände trifft in Richtung der Ausnehmungen 22 geführt.
Eine Kontaktierung der optoelektronischen Bauelemente erfolgt sowohl in den transparenten Bereichen, beispielsweise durch transparente leitfähige Materialien; alternativ kann eine Kontaktierung auch von der Emissionsfläche abgewandten Seite über Bonddrähte her erfolgen. In letzterem Fall werden diese Zuleitungen durch eine zusätzliche Schutzschicht 24 vor möglichen Beschädigungen geschützt. Auf der Schutzschicht 24 ist in dieser Ausführung ein optional vorhandener Rückträger 23 aufgebracht.
In einem Betrieb dieser Anordnung blickt ein Benutzer somit auf die Spiegelfläche 21a mit ihren Ausnehmungen 22. Die Spiegelfläche 21a liegt in Draufsicht vor den optoelektronischen Bauelementen und vor der Ansteuerschicht 26. Die Ansteuerschicht 26 ist wiederum zwischen der Spiegelfläche 21 und den optoelektronischen Bauelementen 30 bis 32 angeordnet. In dieser Ausführung wirkt somit das transparente Trägersubstrat 27a gleich als zusätzliche Schutzschicht des Spiegeldisplays und kann somit direkt verwendet werden.
7 zeigt demgegenüber eine weitere leichte Abwandlung. Bei dieser ist ähnlich wie in 6 und 5 dargestellt, eine zusätzliche teiltransparente Spiegelschicht 210 in Blickrichtung vor der Spiegelfläche 21a auf der Spiegelschicht 21 aufgebracht. Wie in den vorangegangenen Ausführungsformen überdeckt die teiltransparente Spiegelschicht 210 sowohl Spiegelschicht 21 als auch die Ausnehmungen 22 der Spiegelfläche 21a. Dadurch werden mögliche Artefakte im Seheindruck eines Benutzers durch die Ausnehmungen reduziert.
9 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Spiegeldisplays nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es versteht sich hierbei, dass das vorgeschlagene Spiegeldisplay auf unterschiedliche Weisen realisiert und hergestellt werden kann. So ist es möglich, beispielsweise ein µ-LED Display mit den notwendigen Ansteuerschichten sowie den darauf angeordneten optoelektronischen Bauelementen bzw. Leuchtdioden separat zu fertigen und anschließend mit einer Spiegelfläche zu kombinieren, wobei diese Spiegelfläche mit ihren jeweiligen Ausnehmungen über den korrespondierenden optoelektronischen Bauelementen zu positionieren ist.
Je nach Größe und Vielzahl der Ausnehmungen kann dies schwierig werden, da sowohl an die Positionierung als auch an die Genauigkeit in der Fertigung und Herstellung der Ausnehmungen in der Spiegelfläche hohe Anforderungen zu richten sind. Es ist daher in einigen Ausführungen zweckmäßig, in einem weiteren Herstellungsschritt nach Fertigung des µ-LED Displays die Spiegelfläche mit ihren Ausnehmungen direkt auf das µ-LED Display und die Planarisierungsschicht aufzubringen. Anschließend wird je nach gewünschter Anwendung optional eine weitere Schutzschicht sowie eine Glasschicht aufgebracht und so das Spiegeldisplay fertiggestellt.
In dem in 9 dargestellten Verfahren wird in Schritt S1 ein Trägersubstrat bereitgestellt. In Schritt S2 erfolgt die Ausbildung von Ansteuerschichten in einer Dünnfilmtechnologie. Hierbei ist es möglich, dass verschiedene Schichten aufeinander auf dem Trägersubstrat abgeschieden werden, um die jeweilige elektronische Funktion zu erzeugen. Alternativ kann eine derartige Ansteuerschicht in Schritt S2 auch separat hergestellt und mittels eines Transferverfahrens auf das in Schritt S1 bereitgestellte Trägersubstrat aufgebracht werden.
Die Ansteuerschicht umfasst neben elektronischen Zuleitungen auch eine oder mehrere elektronische Komponenten, beispielsweise Widerstände, Kondensatoren oder auch Transistoren. Diese bilden beispielsweise eine regelbare Stromquelle, sodass die Ansteuerschicht für die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente den notwendigen Versorgungsstrom liefern kann. Weitere Schaltungen in der Ansteuerschicht können Kompensationsschaltkreise zur Reduzierung von Leckströmen oder dem Ausgleich möglicher Prozessschwankungen bei der Herstellung der TFTs oder der Kompensation der leicht unterschiedlichen Turn-on-Voltage der LEDs enthalten. Die Ansteuerschicht in Schritt S2 ist in einem Materialsystem gefertigt, welches sich von einem Materialsystem der optoelektronischen Bauelemente zumindest teilweise unterscheidet. Als Technologieträger für Dünnfilmtechnologie eignet sich vor allem Silizium, welches sowohl kristallin als auch amorph zur Ausbildung derartige Ansteuerschichten verarbeitet werden kann. Auf der Ansteuerschicht sind mehrere Kontaktpads ausgeführt. Ebenso können als Alternative zu LTPS auch Schichten mit IGZO-basierte TFT-Strukturen verwendet werden. Mittlerweile gibt es auch Kombinationen aus beiden, die als LTPO-TFT bezeichnet sind.
In Schritt S3 des vorgeschlagenen Verfahrens werden optoelektronische Bauelemente auf die Kontaktpads der Ansteuerschicht aufgebracht und mit diesen elektrisch kontaktiert. In einigen Ausgestaltungen erfolgt hier ebenso ein erster Funktionstest der Ansteuerschicht mit den darauf befindlichen optoelektronischen Bauelementen, um beispielsweise Beschädigungen in der Ansteuerschicht als auch fehlerhafte Kontaktierungen bzw. fehlerhafte Bauelemente zu identifizieren und noch austauschen zu können. So ist es möglich, bei fehlerhaft identifizierten Bauelementen Ersatzbauelemente auf redundante Kontaktpads zu setzen.
Nach einem derartigen optionalen Funktionstest wird in Schritt S4 eine Planarisierungsschicht abgeschieden, welche die optoelektronischen Bauelemente umgibt. Die Dicke bzw. Höhe der Planarisierungsschicht ist dabei je nach Design so gewählt, dass sie in geeigneter Weise in etwa auf Höhe der Emissionsfläche der optoelektronischen Bauelemente endet, so dass eine im Wesentlichen glatte und stufenlose Oberfläche erzeugt wird. Alternativ kann die Planarisierungsschicht auch die Emissionsfläche überdecken, sodass die Leuchtdioden und optoelektronischen Bauelemente von der Planarisierungsschicht vollständig umschlossen sind. In weiteren optionalen Schleif- bzw. Polierschritten wird das Material der Schicht planarisiert und für ein Abscheiden einer Silberschicht vorbereitet.
Anschließend wird in Schritt S5 eine Spiegelfläche auf die Planarisierungsschicht aufgebracht. Dies kann beispielsweise auf zwei Arten erfolgen.
In einer ersten Möglichkeit wird eine flächige dünne Spiegelschicht mit wenigen Nano bzw. Mikrometern Dicke ganzflächig auf der Planarisierungsschicht aufgetragen. Anschließend wird ein Fotolack aufgebracht, wobei die späteren Ausnehmungen vom Fotolack ausgespart sind. Nach einem Belichten des Fotolacks werden die vom Fotolack nicht bedeckten Teile wieder entfernt, sodass Ausnehmungen in der Spiegelfläche gebildet werden. Diese Variante ist dann zweckmäßig, wenn zur Ausbildung der Spiegelfläche mit den jeweiligen Ausnehmungen das Display nicht transferiert werden sollte, da sich die genaue Kenntnis der Position der einzelnen optoelektronischen Bauelemente für den Schritt des Aufbringens und Belichtens des Fotolacks nutzen lässt.
In einer alternativen Möglichkeit der Ausbildung einer Spiegelfläche wird über Bereichen der Planarisierungsschicht, welche die späteren Ausnehmungen bildet, ein Fotolack oder ein anderes Material abgeschieden. Anschließend wird wiederum eine flächige Spiegelschicht aufgebracht und der Fotolack sowie das Spiegelmaterial über dem Fotolack wieder entfernt. In beiden Fällen bleibt eine Spiegelfläche zurück, die Ausnehmungen in der Position über den optoelektronischen Bauelementen aufweist.
Nach einer derartigen Fertigung kann das so hergestellte und mit einer Spiegelfläche versehene p-Display transferiert und in Schritt S6 weiterverarbeitet werden. Hierzu wird auf der Spiegelfläche eine transparente Schutzschicht abgeschieden, sodass sowohl die Spiegelfläche als auch die darin in den Ausnehmungen befindlichen optoelektronischen Bauelemente vor Beschädigungen geschützt sind. Das Spiegeldisplay erhält abschließend noch eine Glasschicht, welche berührungs- und kratzfest ist, um den Spiegel weiterhin vor möglichen Beschädigungen zu schützen. Darüber hinaus kann optional in der Glasschicht auch eine elektrochromatische Struktur vorgesehen sein, um beispielsweise eine Abblendfunktion bei einem einfallenden und von der Spiegelschicht reflektierten Licht zu erzeugen.
In einer anderen Ausgestaltungsform eines Verfahrens wird ein Trägersubstrat bereitgestellt und auf diesem eine Spiegelfläche mit Ausnehmungen ausgebildet. Die Herstellung einer solchen Spiegelfläche kann in ähnlicher Weise wie bereits vorstehend beschrieben erfolgen. Auf der so ausgebildeten Spiegelfläche wird eine dünne isolierende Schicht aufgebracht. Erst darauf wird die Ansteuerschicht ausgebildet. Die Ansteuerschicht umfasst hierbei transparente Bereiche, die über den Ausnehmungen in der Spiegelfläche liegen.
Auch hier ist es möglich, die Ansteuerschicht separat zu fertigen und dann auf der isolierenden Schicht geeignet zu positionieren. Ebenso kann die Ansteuerschicht direkt auf der isolierenden Schicht erzeugt werden. Auf die transparenten Bereiche der Ansteuerschicht werden nach dem Ausbilden bzw. Aufbringen der derselben optoelektronische Bauelemente aufgesetzt und elektrisch mit der Ansteuerschicht kontaktiert.
In Schritt S3 werden jedoch im Unterschied zu dem vorangegangenen Beispiel die optoelektronischen Bauelemente so vorgesehen, dass diese durch die transparenten Bereiche in der Ansteuerschicht hindurchstrahlen. Die Abstrahlungsrichtung der optoelektronischen Bauelemente gegenüber dem vorangegangenen Verfahrensbeispiel ist damit umgedreht und entspricht den Ausführungsformen der 7 und 8. Die transparenten Bereiche in der Ansteuerschicht werden während der Herstellung der Ansteuerschicht gefertigt und umfassen, beispielsweise Öffnungen, die mit einem transparenten Material gefüllt sind. Alternativ können auch Öffnungen vorgesehen sein, in welche die optoelektronischen Bauelemente direkt eingesetzt werden, um anschließend über Bonddrähte von der Rückseite her mit der Ansteuerschicht verbunden zu werden. In einer solchen Ausführungsform liegen die Bauelemente somit in Bereichen der Ansteuerschicht.
Die hier dargestellten Ausführungsformen eines Spiegeldisplays lassen sich auf unterschiedliche Weise kombinieren, ohne dass dies dem erfindungsgemäßen Gedanken abträglich wäre. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen erlaubt die Herstellung eines Spiegeldisplays, insbesondere mit µ-LED Technologie auf relativ kleinen Bereichen eine hohe Leuchtdichte bei gleichzeitig geringer Wärmebelastung zu realisieren. Dadurch ist es möglich, optoelektronische Bauelemente in Form von Pixeln zur Erzeugung eines Bildes direkt in einer Spiegelfläche zu implementieren, ohne die Funktionalität der Spiegelfläche wesentlich zu beeinflussen.
Für einen Benutzer bietet das Spiegeldisplay nach dem vorgeschlagenen Prinzip somit die Möglichkeit, selbiges in seiner Spiegelfunktion als auch in einer Displayfunktion zu benutzen. Die Fertigung des vorgeschlagenen Spiegeldisplays unterscheidet sich dabei nicht wesentlich von der Herstellung herkömmlicher Spiegel, sodass insbesondere weitere Funktionen wie eine Abblendfunktion in einem derartigen Spiegeldisplay realisierbar sind. Insbesondere kann auf die Ausbildung von teiltransparenten Spiegeln je nach gewünschtem Anwendungsfall verzichtet werden bzw. eine solche teiltransparente Schicht kann mit einem deutlich größeren Transmissionsgrad ausgeführt sein, als es in herkömmlichen konventionellen Spiegeln der Fall ist. Dadurch wird die thermische Belastung an die Leuchtdioden weiter reduziert, da eine ausreichende Helligkeit für einen Benutzer auch mit einer derartigen Spiegelschicht erreichbar ist.
Bezugszeichenliste

1: integriertes µ-LED Spiegeldisplay
10: Pixel
20: Subpixel
20', 20'': Subpixel
21: Spiegelschicht
21a: Spiegelfläche
22: Ausnehmung
23: Schutzglas
24: Schutzschicht
25: Planarisierungsschicht
26: TFT-Schicht, Ansteuerungsschicht
27: Substrat
30: optoelektronisches Bauelement, µ-LED
90a: Spiegelschicht
90b: Display
90x: Pixel
210: teiltransparente Spiegelschicht
261: transparenter Bereich
261': transparenter Bereich
261'': transparenter Bereich

Claims

Spiegeldisplay, umfassend: - eine Spiegelfläche (21a) mit einer Spiegelschicht (21) aufweisend eine erste Vielzahl von voneinander beabstandeten Ausnehmungen (22); - eine zweite Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen (30), welche auf einer Ansteuerschicht (26) angeordnet sind, die zumindest Zuleitungen zur Ansteuerung der optoelektronischen Bauelemente umfasst; - wobei in einer Draufsicht auf die Spiegelfläche (21) jeweils wenigstens ein optoelektronisches Bauelement der zweiten Vielzahl in einer Ausnehmung (22) der ersten Vielzahl angeordnet ist.
Spiegeldisplay nach Anspruch 1, bei dem die erste Vielzahl der zweiten Vielzahl entspricht, oder bei der jeweils drei optoelektronische Bauelemente (30) der zweiten Vielzahl in einer Ausnehmung der ersten Vielzahl angeordnet sind.
Spiegeldisplay nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Gesamtfläche aller Ausnehmungen (22) geringer als die Hälfte einer Fläche der Spiegelfläche (21) und insbesondere weniger als 10% der Spiegelfläche (21) beträgt.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Vielzahl von Ausnehmungen (22) in Reihen und Spalten angeordnet sind.
Spiegeldisplay nach Anspruch 4, wobei jeweils drei Ausnehmungen (22) derart gruppiert sind, dass ein Abstand zueinander geringer ist als ein Abstand zu einer benachbarten Gruppe von drei Ausnehmungen (22).
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeweils drei zueinander benachbarte optoelektronische Bauelemente (30) jeweils ein Pixel des Spiegeldisplays bilden, und jedes optoelektronische Bauelement (30) zu einer Emission einer Farbe ausgebildet ist.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht die in der ersten Vielzahl von Ausnehmungen (22) angeordneten optoelektronischen Bauelemente (30) hinter der Spiegelschicht der Spiegelfläche (21a) liegen.
Spiegeldisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in Draufsicht die in der ersten Vielzahl von Ausnehmungen (22) angeordneten optoelektronischen Bauelemente (30) zumindest teilweise in der Ebene der Spiegelfläche (21a) liegen.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Planarisierungsschicht (25) auf der die Spiegelschicht aufgebracht und die zwischen den optoelektronischen Bauelementen (30) angeordnet ist.
Spiegeldisplay nach Anspruch 9, bei dem sich die Planarisierungsschicht (25) über die optoelektronischen Bauelemente (30) erstreckt.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Emissionsfläche des wenigstens einen in der Ausnehmung (22) angeordneten optoelektronischen Bauelements (30) geringer ist als die Fläche der Ausnehmung (22).
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend wenigstens eines aus: - ein transparentes Füllmaterial, das die Ausnehmung (22) zumindest teilweise ausfüllt, so dass eine Oberfläche der Spiegelschicht planarisiert ist; - einer teiltransparenten Spiegelschicht, welche in Draufsicht auf der Spiegelschicht (21) und den Ausnehmungen (22) angeordnet ist; - eine transparente Schutzschicht (24), insbesondere aus einem Kunststoff, die in Draufsicht vor der Spiegelfläche (21a) angeordnet ist; - ein Schutzglas (23), das in Draufsicht vor der Spiegelfläche (21a) und der transparenten Schutzschicht (24) angeordnet ist.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Trägersubstrat (27) auf dem die Ansteuerschicht (26) aufgebracht ist.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerschicht in einer Draufsicht auf der Spiegelfläche (21a) zwischen der Spiegelfläche (21a) und den optoelektronischen Bauelementen (30) angeordnet ist.
Spiegeldisplay nach Anspruch 14, bei dem die Ansteuerschicht (26) eine dritte Vielzahl von transparenten Bereichen (261) oder Öffnungen aufweist, die in Draufsicht auf die Spiegelfläche (21a) den Ausnehmungen (22) entsprechen.
Spiegeldisplay nach einem der Ansprüche 14 und 15, weiter umfassend einen transparenten Trägersubstrat (27a), der in Draufsicht auf der Spiegelfläche (21a) vor dieser angeordnet ist, und die Spiegelschicht auf dieser aufgebracht ist.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optoelektronischen Bauelemente (30) mit µ-LEDs gebildet sind, deren Kantenlänge geringer als 70 µm, und insbesondere im Bereich von 5 µm bis 40 µm liegt.
Spiegeldisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerschicht mehrere elektronische Bauelemente in Dünnfilmtechnologie zur Versorgung der optoelektronischen Bauelemente umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Spiegeldisplays, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Trägersubstrats, insbesondere eines transparenten Trägersubstrats; - Bereitstellen einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen; - Ausbilden einer Ansteuerschicht mit der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, so dass diese an dedizierten Positionen der Ansteuerschicht platziert und elektrisch mit Zuleitungen der Ansteuerschicht verbunden sind; - Ausbilden einer Spiegelfläche mit einer Spiegelschicht und einer Vielzahl von Ausnehmungen, so dass jedes der die optoelektronischen Hableiterbauelemente in einer Draufsicht in einer der Vielzahl von Ausnehmungen angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Ausbildens einer Ansteuerschicht umfasst: - Ausbilden einer Ansteuerschicht auf dem Trägersubstrat mittels Dünnschichttechnologieverfahren zur Erzeugung von Zuleitungen und einer Vielzahl von Kontaktpads; - Platzieren der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen auf der Vielzahl von Kontaktpads, so dass eine Hauptemissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von der Ansteuerschicht abgewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Ausbildens einer Ansteuerschicht umfasst: - Ausbilden einer Ansteuerschicht auf dem Trägersubstrat mittels Dünnschichttechnologieverfahren zur Erzeugung von Zuleitungen und einer Vielzahl von Kontaktpads; - Platzieren der Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen an dedizierten Positionen, so dass eine Hauptemissionsfläche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente von der Ansteuerschicht zugewandt ist; und die Ansteuerschicht eine Aussparung an diesen Positionen aufweist, so dass in Draufsicht jedes der optoelektronischen Halbleiterbauelemente in einer solchen Aussparung angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem der Schritt des Ausbildens einer Spiegelfläche umfasst: - Aufbringen eines reflektierenden Materials; insbesondere umfassend Silber; - Aufbringen und Strukturieren eines Fotolacks, so dass der Fotolack über einer Vielzahl von Bereichen entfernt ist; - entfernen des reflektierenden Materials in der Vielzahl von Bereichen zur Erzeugung der Vielzahl von Ausnehmungen.