DE112006002014T5 - Nadelkristallförmiges Ito für ein Array aus LEDs - Google Patents

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Alan C. Gilbert Thomas
Budinavicius Phoenix Ilona
Walter J. Phoenix Paciorek
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Abstract

In einem Array aus LEDs, gekoppelt zwischen einem transparenten Substrat und einer Elektrode, die Verbesserung umfassend:
eine Region aus nadelkristallförmigem ITO zwischen wenigstens einer LED und dem transparenten Substrat zum elektrischen Koppeln an die Licht abstrahlende Fläche der LED.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft Lichtquellen oder Anzeigevorrichtungen, die ein Array aus Leuchtdioden (LEDs) verwenden, und insbesondere die Verbesserung der Gleichförmigkeit der Lichtemission eines Arrays aus LEDs.
  • Glossar
  • „Punkt" wird nicht im mathematischen Sinn von verschwindend klein benutzt. Eine Punktlichtquelle ist eine helle Quelle in einem kleinen, endlichen Raum, wobei „klein" im Verhältnis zur Größe der Umgebungsstruktur gilt. Die Aussage, eine Punktlichtquelle strahle gleichförmig in alle Richtungen, mag bei kleinlicher Auslegung anfechtbar sein. Diese kleinliche Auslegung trifft auf die Praxis nicht zu und gilt im vorliegenden Zusammenhang nicht. Daher handelt es sich bei Glühlampen, LEDs, einigen Gasentladungslampen und anderen um Punktlichtquellen, obwohl sie, wie im Fall von LEDs, in eine bevorzugte Richtung strahlen.
  • Streng genommen reflektieren alle nicht leuchtenden Objekte mit der Ausnahme schwarzer Löcher Licht, da sie anderenfalls nicht sichtbar wären. Eine reflektierende Fläche ist entweder spiegelnd (eine spiegelartige oder polierte Fläche), oder gleichförmig diffus, oder liegt irgendwo dazwischen. Auf mikroskopischer Ebene ist auch eine hoch polierte Spiegeloberfläche nicht perfekt spiegelnd, noch ist jeder diffuse Reflektor ein perfekter Lambertscher Reflektor. Mathematische Einzelheiten sind hier nicht relevant. Relevant ist stattdessen ein makroskopischer, praktischer Streukörper, bei dem es sich in ausreichendem, wenngleich nicht vollkommenem Umfang um einen Lambertschen Streukörper handelt. Viele Objekte erfüllen diese Bedingung, beispielsweise in einem Medium zerstreute Partikel, ein Blatt weißes Papier, oder eine Folie aus weißem Kunststoff. Farbiges Papier oder Kunststoff reflektieren das Licht dabei nicht nur, sondern filtern es natürlich auch.
  • Ein „leuchtendes" Objekt strahlt Licht ab. Licht, das auf ein Objekt fällt, „beleuchtet" das Objekt. Die „Leuchtkraft" bezeichnet die von einer Quelle abgestrahlte Lichtmenge. Die "Beleuchtungsstärke" bezeichnet die Lichtmenge, die auf ein Objekt fällt.
  • Eine „Grafik" kann einen Text, ein Symbol, eine beliebige Form oder eine Kombination aus diesen bezeichnen. Eine Grafik kann lichtdurchlässig, schattiert oder farbig sein, und es kann sich um eine Silhouette oder einen Umriss oder um eine Kombination aus diesen handeln.
  • Im hier verwendeten Sinne bezeichnet eine „flexible Schaltung" jede Art von Substrat mit Leiterbahnen, das dazu dient, LEDs und andere Vorrichtungen in einen elektrischen Schaltkreis aufzunehmen. Daher umfasst eine flexible Schaltung auch gedruckte Leiterplatten. Die Flexibilität des Substrats spielt für die Erfindung keine Rolle.
  • Eine „LED" ist ein Halbleiterrohchip, der einen p-n-Übergang aufweist, der von wenigstens einer Fläche des Rohchips Licht abstrahlt, wenn die Sperrschicht eine Vorspannung in Durchlassrichtung aufweist.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Auf dem nicht relevanten Gebiet der Astronomie ist es bekannt, durch Abblasen einer Aluminiumplatte mit Sandstrahlen und durch Beleuchten der Platte mit vier LEDs einen Flatfield-Projektor herzustellen; siehe Simon Tulloch, Design and Use of a Novel Flat Field Illumination Light Source, Technical Note 108, Instrument Science Group, Royal Greenwich Observatory, 1996.
  • Für Rücklichter, Anzeigevorrichtungen und andere Anwendungen wird eine Lichtquelle gewünscht, die so gleichförmig wie möglich ist, wobei hierin das Problem liegt. LEDs weisen zahlreiche Vorteile gegenüber Glühlampen auf, sind jedoch, genau wie Glühlampen, Punktlichtquellen. Verschiedene Formen von Lichtführungen oder Lichtkanälen werden benutzt, um das Licht zu streuen, doch eine Punktlichtquelle ist nach wie vor häufig durch das von hinten beleuchtete Objekt hindurch sichtbar. Das Ergebnis ist ein ungleichförmiges Leuchten. Licht von einer direkt betrachteten Quelle ist „grell" und nicht wünschenswert. Der Bedarf an Lichtführungen u. Ä. erfordert komplexe Strukturen, die, wenigstens bezüglich der anfänglichen Werkzeugbereitstellung, teuer in der Herstellung sind.
  • LEDs-Arrays sind seit langem im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die US-Patentschrift 4,047,075 (Schoberl) ein LED-Array, das durch einfaches Stapeln mehrerer verkapselter LEDs in einem kleinen Raumvolumen hergestellt ist. Verkapselte LEDs nehmen in dem Gehäuse wesentlich mehr Raum ein als der Halbleiterrohchip. US-Patentschrift 4,335,501 (Wickenden et al.) offenbart ein Array aus LED-Rohchips auf einem einzelnen Halbleitersubstrat.
  • Eine LED ist eine nichtlineare Vorrichtung. Wie die meisten Dioden leitet eine LED nicht, bis eine Vorwärtsspannung einen Schwellenwert überschreitet, z. B. 0,6 Volt, wobei das Leiten dann durch eine Art von Ballast begrenzt werden muss, und zwar typischerweise durch einen Serienwiderstand. Der Strom beträgt typischerweise 10 bis 60 mA, und die Leuchtstärke ist in etwa proportional zum Strom. Bei Veränderungen des Stroms kann sich auch die Farbe des abgestrahlten Lichts ändern. Wie jede Vorrichtung erzeugen LEDs Wärme. Leider weisen LEDs typischerweise einen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten auf, was bedeutet, dass der Strom mit der Temperatur zunimmt. Das Steuern des Stroms ist daher aus mehreren Gründen wichtig.
  • Zwei LEDs derselben Typennummer weisen nicht unbedingt dieselben elektrischen Eigenschaften auf. Wenn für zwei parallele LEDs ein einzelner Widerstand als Ballast benutzt wird, kann der Ausfall einer LED dazu führen, dass die zweite LED übersteuert wird (zu viel Strom), und daher kurze Zeit später ausfällt. Größere Arrays mit seriell und parallel geschalteten LEDs weisen dasselbe Problem auf, das durch die größere Anzahl an LEDs sogar noch verstärkt wird. Obwohl es gesondert im Stand der Technik bekannt ist, dass Strom, der durch eine LED fließt, sorgfältig gesteuert werden muss, offenbare viele Patente zu LED-Arrays nur in mangelhafter Weise, wie das Array anzusteuern ist, indem nur auf eine Begrenzung oder „Konditionierung" des Stroms in einer nicht offenbarten Art und Weise verwiesen wird. Möglicherweise ist eine gleichförmige Leuchtstärke kein Anliegen, oder sie ist bei den offenbarten Konfigurierungen zu schwer zu erreichen.
  • Die Benutzung von Reflexion und Streuung zur Verbesserung der Gleichförmigkeit des Lichts, das von einer LED abgestrahlt wird, und insbesondere von einem LED-Array, ist im Stand der Technik bekannt; siehe z. B. das oben genannte Patent von Schoberl. Die Bereitstellung eines solchen Mittels für einen nicht verkapselten Rohchip ist eine wesentlich schwierigere Herausforderung, und zwar aus dem einfachen Grund, dass der Rohchip oder Chip relativ ungeschützt ist. Überdies ist der Rohchip ein Kristall aus zwei oder mehr Elementen (unter Nichtbeachtung von Spuren an Dotiersubstanzen), z. B. aus Galliumarsenid oder Indiumgalliumnitrid, das zerbrechlicher ist als Silizium. Die Metallurgie für die Kontaktbereiche steigert die Spannung innerhalb eines Rohchips weiter. Daher müssen die LED-Rohchips wesentlich sorgfältiger gehandhabt werden als verkapselte Vorrichtungen.
  • Beispielsweise wird bei LED-Rohchips, die auf einem flexiblen Substrat montiert sind, die vordere Elektrode jedes Rohchips mit einem Goldkontakt auf dem Rohchip verdrahtet. Der Rohchip wird verkapselt, um die Verdrahtung zu schützen, und der Rohchip wird in eine transparente leitfähige Schicht geschoben, um den Kontakt herzustellen. Die leitfähige Schicht ist eine aufgestäubte Indiumzinnoxid-(ITO)-Schicht oder ein ITO-Pulver in einem geeigneten Bindemittel. Stattdessen kann auch eine polymerische leitfähige Schicht aus PEDOT-PSS (Poly-3,4-ethylendioxythiophen/polystyrolsulfonsäure) benutzt werden. Trotz der relativen Flexibilität des Substrats und der anderen Schichten entstehen bei der Zusammenstellung eines Arrays häufig Risse im Rohchip. Außerdem sind Verdrahtung und Beschichtung kostspielig.
  • Ein Material, das als nadelkristallförmiges ITO bezeichnet wird, ist im Stand der Technik als transparenter Leiter bekannt; siehe US-Patentschrift 5,580,496 (Yukinobu et al.) und die darauf basierenden Teilpatente ( 5,820,843 , 5,833,941 , 5,849,221 ). Nadelkristallförmiges ITO weist eine Faserstruktur auf, die aus 2 bis 5 μm dicken und 15 bis 25 μm langen ITO-Nadeln zusammengesetzt ist. Die Nadeln sind in einem organischen Harz suspendiert, z. B. Polyester. Nadelkristallförmiges ITO unterscheidet sich in seiner Natur von anderen Formen des Materials. Eine gehärtete Siebdruckschicht aus nadelkristallförmigem ITO ist etwa fünfmal leitfähiger als übliche Schichten mit ITO-Pulver, ist jedoch um etwa zwei Drittel weniger leitfähig als aufgestäubtes ITO, das schwieriger zu strukturieren ist als siebdruckfähige Materialien.
  • In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, ein LED-Array bereitzustellen, in dem jede LED mit einem eigenen Ballast versehen werden kann.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, das weniger teuer in der Herstellung ist als Arrays des Stands der Technik.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit der Kontakte zu einer LED in einem Array zu verbessern, insbesondere in einem flexiblen Array.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, bei dem das Abstrahlen von Licht durch Streuen in einer transparenten Elektrodenschicht gleichförmiger gestaltet wird, wodurch die Notwendigkeit einer separaten Streuschicht entfällt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, das einen in jede einzelne LED integrierten Ballastwiderstand aufweist.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, bei dem ein Ballastwiderstand für jede LED individuell anpassbar ist, um einen gleichförmigeren Strom und eine gleichförmigere Leuchtstärke bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, die bei Beleuchtung im Wesentlichen gleichförmig leuchten.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, die bei Beleuchtung im Wesentlichen gleichförmig leuchten, und zwar entweder gleichzeitig oder in Untergruppen des gesamten Arrays.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Array aus LEDs bereitzustellen, bei dem der Ausfall einer LED im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Leuchtstärke der anderen LEDs im Array aufweist.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Die genannten Aufgaben werden durch diese Erfindung erfüllt, wobei bei einem Array aus LEDs, das zwischen ein transparentes Substrat und eine Elektrode gekoppelt ist, eine Licht abstrahlende Fläche jeder LED in elektrischem Kontakt mit einer Region aus nadelkristallförmigem ITO steht. Durch Herstellung eines Kontakts zu der Licht abstrahlenden Fläche des Rohchips stellt das nadelkristallförmige ITO auch eine Lichtstreuung bereit. Die Kontaktregionen sind miteinander verbunden, und bilden so das Array. Das nadelkristallförmige ITO dient als ein Ballastwiderstand für jeden Rohchip, und der Widerstand kann so angepasst werden, dass zwischen den LEDs ein gleichförmigerer Strom fließt. Da jede LED einen eigenen Ballastwiderstand aufweist, können die LEDs in einem Array in jedem beliebigen Muster oder gleichzeitig mit einer gleichmäßigen Leuchtstärke angesteuert werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung ermöglicht die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, wobei:
  • 1 eine Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
  • 2 eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Arrays aus 1 ist;
  • 3 das Anpassen des Widerstands des Ballasts gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt;
  • 4 das Anpassen des Widerstands des Ballasts gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung zeigt;
  • 5 eine schematische Ansicht eines Arrays aus LEDs ist, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
  • 6 eine Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
  • 7 eine Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
  • 8 eine Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist; und
  • 9 eine Querschnittansicht einer einzelnen LED in einem Array ist, das gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung aufgebaut ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs. Das Array ist auf einem transparenten Polymersubstrat 11 gelagert, das eine Dicke zwischen 0,08 mm und 0,18 mm aufweist. Eine Stromschiene 12 erstreckt sich in die Ebene der Zeichnung hinein, und verbindet mehrere LEDs in einer Reihe. Die Stromschiene 12 wird vorzugsweise mit einer Silber führenden Tinte im Siebdruckverfahren aufgetragen, obwohl auch andere leitfähige Partikel benutzt werden können, z. B. Kohlenstoff. Eine Region aus nadelkristallförmigem ITO 13 wird im Siebdruckverfahren auf das Substrat 11 und die Stromschiene 12 aufgebracht. Die Region 13 stellt vorzugsweise eine Kontaktfläche für eine einzelne LED bereit. Die LED 14 wird in der Region 13 angeordnet und strahlt Licht hauptsächlich nach unten durch das nadelkristallförmige ITO ab, wie durch Pfeile 17 angezeigt. Die Faserpartikel des nadelkristallförmigen ITO dienen als Streukörper, und verteilen das Licht von dem Rohchip 14. Eine Haftschicht 15 isoliert die ITO-Schicht 13 und die Stromschiene 12 von einer hinteren Elektrode 16, bei der es sich vorzugsweise um eine Schicht aus Aluminium handelt.
  • Das Array wird in der oben beschriebenen Reihenfolge zusammengestellt, mit der Ausnahme, dass die Haftschicht 15 vor dem Anordnen der LED 14 aufgebracht wird. Die Schicht 15 ist weich, und die LED 14 wird durch die Schicht gedrückt, und gelangt so in Kontakt mit der Schicht aus nadelkristallförmigem ITO 13. Die Haftschicht 15 ist vorzugsweise ein wärmeaktivierbares Haftmittel, obwohl auch ein UV-(Ultraviolettlicht)-aktiviertes Haftmittel benutzt werden kann. Die Schicht 15 wird z. B. auf etwa 80°C erwärmt, um die Schichten nach der Zusammenstellung zu verbinden.
  • Bei dem so geschaffenen Aufbau fließt Strom, der von der hinteren Elektrode durch die LED fließt, auch durch das nadelkristallförmige ITO zur Stromschiene 12. Die Region 13 stellt auf diese Weise einen jeweils eigenen Serienwiderstand bereit, der durch Verändern der Geometrie der Region angepasst werden kann. Die Region aus nadelkristallförmigem ITO dient als ein Kontakt, eine Verbindung und ein Serienwiderstand. Der Widerstand ist Teil einer flachen, dünnen Vorrichtung, die sehr wenig horizontalen Raum außerhalb des Rohchipbereichs einnimmt und keine externen Bauteile benötigt, die sperrig und teuer wären.
  • Wie in 2 gezeigt, verbindet ein Abschnitt 18 der Schicht aus nadelkristallförmigem ITO den Bereich unter dem Rohchip 14 und einen Bereich 19 der Überlappung mit der Stromschiene 12. Um den Widerstand zu verändern, kann die Geometrie des Abschnitts 18 verändert werden. Der Bereich 19 reicht aus, um eine zuverlässige Verbindung mit geringem Widerstand zwischen der Schicht 13 und der Stromschiene 12 bereitzustellen. Der Serienwiderstand der Verbindung wird im Wesentlichen durch die Form des Abschnitts 18 zwischen dem Rohchip 14 und der Stromschiene 12 bestimmt.
  • In 3 ist ein Abschnitt 21 in seiner Breite reduziert oder beschränkt, um den Serienwiderstand zu erhöhen. Die Beschränkung kann von einer Kante oder von beiden Kanten des Abschnitts 21 aus stattfinden, wie durch die gestrichelte Linie 22 angezeigt. Die Kanten der Beschränkung müssen keine rechteckige oder andere bestimmte Form aufweisen. Eine rechteckige Form ist aus Gründen der Einfachheit dargestellt.
  • In 4 sind sowohl ein Abschnitt 23 als auch ein Bereich 25 reduziert. Auf diese Weise ist der Serienwiderstand des Abschnitts aus nadelkristallförmigem ITO 23 höher als der Serienwiderstand des Abschnitts aus nadelkristallförmigem ITO 21, der wiederum höher ist als der Serienwiderstand des Abschnitts aus nadelkristallförmigem ITO 18.
  • Es ist nicht wünschenswert, den Kontaktbereich unter dem Rohchip 14 zu reduzieren, da der elektrische Kontakt und der Wärmekontakt zu dem Rohchip so gut wie möglich sein sollen. Es ist gezeigt, dass die Schicht aus nadelkristallförmigem ITO den Rohchip 14 umgibt, was bevorzugt wird, um einen Fehlerbereich für das Anordnen des Rohchips in einem Array bereitzustellen. Durch diesen Bereich fließt kein Strom, sondern nur zwischen dem Rohchip und der Stromschiene. Auf diese Weise übt der Fehlerbereich im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Widerstand aus.
  • Der Widerstand wird vorzugsweise durch Laserbearbeitung angepasst, die während der Zusammenstellung oder nach dem Zusammenstellen durch das transparente Substrat 11 erfolgen kann. Alternativ kann jede LED auf ihrem Weg zum Array getestet und für das jeweilige Siebdruckmuster für Region 13 vorausgewählt werden.
  • 5 zeigt ein Array aus LEDs, wobei jede LED einen Serienwiderstand aufweist, gemäß der Erfindung. Es wird angenommen, dass LEDs nicht durch Kurzschlüsse ausfallen, sondern indem sie zu offenen Schaltungen werden. Wenn ein Array von einer konstanten Stromquelle angetrieben wird, und eine Diode ausfällt, leiten die verbleibenden Dioden in derselben Reihe einen geringfügig größeren Strom, doch ist diese Veränderung wesentlich geringer als ohne individuelle Serienwiderstände. Wenn ein Array von einer konstanten Spannungsquelle angetrieben wird, senkt der Ausfall einer einzelnen LED den Strom in den anderen Reihen geringfügig, doch ist diese Veränderung wesentlich geringer als ohne individuelle Serienwiderstände.
  • 6 zeigt im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. 6 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1, dass eine hintere Elektrode 60 eine Kunststofffolie 61 aufweist, die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine ITO-Schicht 62, die vorzugsweise auf die Folie 61 aufgestäubt wird. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die Ausführungsform aus 1, mit der Ausnahme, dass die LED 65 auch so angeordnet werden kann, dass sie gemäß ihrer Ausrichtung in der Figur vor allem nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
  • 7 zeigt im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. 7 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1, dass die hintere Elektrode 70 eine Kunststofffolie 71 aufweist, die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine durch Siebdruck aufgebrachte, leitfähige Schicht 72. Die Schicht 72 ist vorzugsweise strukturiert und weist Silberstromschienen auf. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die Ausführungsform aus 1, mit der Ausnahme, dass die LED 75 auch so angeordnet sein kann, dass sie gemäß ihrer Ausrichtung in der Figur vor allem nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
  • 8 zeigt im Querschnitt ein einzelnes Element in einem Array aus LEDs, das gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. 8 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1, dass die hintere Elektrode 80 eine Kunststofffolie 81 aufweist, die lichtundurchlässig oder transparent sein kann, und eine Schicht aus nadelkristallförmigem ITO 82. Die Schicht 82 ist vorzugsweise strukturiert, um den Tintenverbrauch zu senken und Kosten einzusparen. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die Ausführungsform aus 1, mit der Ausnahme, dass die LED 85 auch so angeordnet sein kann, dass sie gemäß ihrer Ausrichtung in der Figur vor allem nach oben abstrahlt, und nicht nach unten, wie dargestellt.
  • 9 zeigt im Querschnitt ein einzelnes Element eines Arrays aus LEDs, das gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung aufgebaut ist. 9 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform aus 1, dass das Substrat 91 abgelöst wird, und die hintere Elektrode 93 zur strukturellen Abstützung zurücklässt. Zum leichteren Abtrennen kann eine Ablöseschicht (nicht dargestellt) hinzugefügt werden. Die hintere Elektrode 93 ist ein leitfähiges Blech, z. B. aus Kupfer oder Aluminium, wie oben beschrieben, oder eine flexible Schaltung, oder ein anderes Material mit einer zum Tragen des Arrays ausreichenden Formbeständigkeit. Diese Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die Ausführungsform aus 1. Dieser Aspekt der Erfindung lässt sich mit jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kombinieren.
  • Die Erfindung stellt auf diese Weise ein Array aus LEDs bereit, bei dem jede LED individuell mit einem Ballastwiderstand versehen werden kann, der in jede LED integriert ist, so dass ein Array bereitgestellt wird, bei dem der Ausfall einer LED im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Leuchtstärke der anderen LEDs im Array hat. Die individuellen Ballastwiderstände können angepasst werden, um einen gleichförmigeren Strom und eine gleichförmigere Leuchtstärke bereitzustellen. Das Array ist weniger teuer in der Herstellung als Arrays des Stands der Technik, und die Zuverlässigkeit der Kontakte zu einer LED ist verbessert. Das Abstrahlen von Licht wird durch Streuen in einer transparenten Elektrodenschicht gleichförmiger gestaltet, wodurch die Notwendigkeit einer separaten Streuschicht entfällt. Bei einer Beleuchtung leuchten die LEDs im Wesentlichen gleichförmig, und zwar entweder gleichzeitig oder in Untergruppen des Arrays.
  • Anhand der oben stehenden Beschreibung der Erfindung wird es für Fachleute auf der Hand liegen, dass verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Stromschiene 12 nicht vor, sondern nach der Region aus nadelkristallförmigem ITO 13 gedruckt werden, d. h. auf diese Region. Die hintere Elektrode 16 kann aus jedem beliebigen hoch leitfähigen Material bestehen. Aluminium wird bevorzugt, da es am kostengünstigsten ist. 5 zeigt ein Array, bei dem die LEDs gleichzeitig leuchten. Schalter (nicht dargestellt) können hinzugefügt werden, um ein Leuchten in jedem gewünschten Muster bereitzustellen. Durch Ansteuern einzelner LEDs liegen die LEDs in elektrischer Hinsicht alle parallel in einer langen Reihe (oder Spalte), obwohl sie in Reihen und Spalten angeordnet zu sein scheinen. Bei einer parallelen Schaltung hat der Ausfall einer LED keine Auswirkung auf die übrigen, wenn eine konstante Spannung zugeführt wird. Zum Anpassen des Widerstands können Schleifen oder Ätzen benutzt werden. Obwohl durch beide Verfahren eine dreidimensionale Veränderung der Geometrie möglich ist, indem sowohl Dicke als auch Form angepasst werden, ist keines der beiden Verfahren so präzise wie die Abtragung mit einem Laser. Obwohl nadelkristallförmiges ITO das bevorzugte Material ist, können stattdessen auch andere faserige oder whiskerartige Materialien mit einem ähnlichen Widerstand benutzt werden. Beispielsweise können Kohlenstoffnanoröhren benutzt werden, wenn ihre Lichtabsorptionseigenschaften tolerierbar sind. Zu anderen leitfähigen Whisker-Materialien zählen ZnO-basierte Zusammensetzungen, z. B. ZnO:Al oder ZnO:Ga.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einem Array aus LEDs, gekoppelt zwischen einem transparenten Substrat (11) und einer Elektrode (16) gekoppelt steht eine Licht abstrahlende Fläche jeder LED (14) in elektrischem Kontakt mit einer Region (13) aus nadelkristallförmigem ITO. Durch Herstellung eines Kontakts zu der Licht abstrahlenden Fläche des Rohchips stellt das nadelkristallförmige ITO auch eine Lichtstreuung bereit. Die Kontaktregionen sind miteinander verbunden (12), und bilden so das Array. Das nadelkristallförmige ITO dient als ein Ballastwiderstand für jeden Rohchip, und der Widerstand kann so angepasst werden, dass zwischen den LEDs ein gleichförmigerer Strom fließt. Da jede LED einen eigenen Ballast aufweist, können die LEDs in einem Array in jedem beliebigen Muster oder gleichzeitig mit einer gleichmäßigen Leuchtstärke angesteuert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 4047075 [0010]
    • - US 4335501 [0010]
    • - US 5580496 [0015]
    • - US 5820843 [0015]
    • - US 5833941 [0015]
    • - US 5849221 [0015]

Claims (12)

  1. In einem Array aus LEDs, gekoppelt zwischen einem transparenten Substrat und einer Elektrode, die Verbesserung umfassend: eine Region aus nadelkristallförmigem ITO zwischen wenigstens einer LED und dem transparenten Substrat zum elektrischen Koppeln an die Licht abstrahlende Fläche der LED.
  2. Array nach Anspruch 1, wobei jede LED in dem Array durch eine Region aus nadelkristallförmigem ITO an das Substrat gekoppelt ist, so dass jede LED in dem Array einzeln mit einem Ballast ausgestattet ist.
  3. Array nach Anspruch 2, wobei die Regionen aus nadelkristallförmigem ITO elektrisch aneinander gekoppelt sind, um so eine gleichzeitige Lichtabstrahlung von allen LEDs in dem Array bereitzustellten.
  4. Array nach Anspruch 3, wobei Gruppen von LEDs parallel in Reihen gekoppelt sind, und die Reihen in Serie gekoppelt sind.
  5. Array nach Anspruch 2, wobei wenigstens zwei Regionen durch einen Abschnitt aus nadelkristallförmigem ITO an eine Stromschiene gekoppelt sind.
  6. Array nach Anspruch 5, wobei die Fläche des ersten Abschnitts nicht gleich der Fläche eines zweiten Abschnitts ist.
  7. Licht abstrahlende Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterrohchip, der eine Sperrschicht aufweist, die durch eine Fläche des Rohchips Licht abstrahlt wenn die Sperrschicht eine Vorspannung in Durchlassrichtung aufweist; eine Schicht aus nadelkristallförmigem ITO auf der Fläche.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Arrays aus Leuchtdioden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausbilden von mehreren leitfähigen Bereichen auf einem Substrat, wobei jeder leitfähige Bereich nadelkristallförmiges ITO ist; Anbringen einer LED auf jedem leitfähigen Bereich; und Positionieren jeder LED derart, dass eine Licht abstrahlende Fläche der LED in Kontakt mit dem nadelkristallförmigen ITO steht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner folgende Schritte aufweist: Ausbilden einer Stromschiene auf dem Substrat; und Ausbilden der leitfähigen Bereiche derart, dass sie die Stromschiene teilweise überlagern.
  10. In einem Array aus LEDs, jede aufweisend einen p-n-Übergang und einen Leiter zum Zuführen von Strom zu wenigstens einem p-n-Übergang, die Verbesserung umfassend: eine Region aus nadelkristallförmigem ITO zwischen einer Seite von wenigstens einem p-n-Übergang und dem Leiter, um den p-n-Übergang elektrisch an den Leiter zu koppeln.
  11. Array nach Anspruch 10, wobei die Region einen Ballast für den p-n-Übergang bereitstellt.
  12. Array nach Anspruch 11, wobei die Fläche der Region derart anpassbar ist, dass der Ballast für den p-n-Übergang variiert wird.
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