DE3117923C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Anordnung (DE-OS 24 14 778) sind die Leuchtdioden auf einem einzigen monolithischen Halbleiterkörper angeordnet, wobei die einzelnen Leuchtdioden durch sich senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers er­ streckende P-N-Übergangsbereiche zwischen einer auf dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers vorgesehenen N-leitenden Epitaxieschicht und darin vorgesehenen, umdotierten P-leiten­ den Bereichen gebildet sind. Die einzelnen Reihen sind dabei durch senkrecht zu den P-N-Übergangsbereichen sowie senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers eingeschnittene Schlitze voneinander getrennt. Die zu einem eine Leuchtdiode bildenden P-N-Übergangsbereich unmittelbar benachbarten P-N-Übergangs­ bereiche sind jeweils mittels zur Hintereinanderschaltung der Leuchtdioden dienenden Verbindungselektroden überbrückt, während am jeweils freien Ende jeder Reihe eine Anschluß­ elektrode bzw. eine Verbindungsbrücke zum freien Ende der benachbarten Reihe vorgesehen ist.

Bei der Verwendung derartiger Anordnungen für Abbil­ dungszwecke, beispielsweise zur Aufzeichnung eines Bildes einer elektrisch übertragenen Nachricht mit xerographischen Kopierern oder auf photographischem Film, ist es erforder­ lich, daß die Anordnung in der Längsrichtung der Reihen eine dem Abbildungsformat entsprechende Länge aufweist. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß einem einzelnen Monolithen durch seine Kristallstruktur Größenbeschränkungen auferlegt sind. Derartige Monolithe werden nämlich aus monokristallinen Perlen herausgeschnitten, deren Durchmesser bei den gegenwär­ tig verfügbaren Herstellungstechniken auf etwa 7,5 cm beschränkt ist. Tatsächlich ist bei den für die Leuchtdiodenherstellung gebräuchlichsten, kommerziell verwendeten kristallinen Perlen der Durchmesser nur etwas größer als 2,5 cm, was zu einer noch stärkeren Einschränkung der erreichbaren Länge der Monolithe führt.

Durch die bekannte Anordnung, die auf der Verwendung eines einzigen monolithischen Halbleiterkörpers beruht, kann somit die für viele Anwendungen erforderliche Länge nicht er­ reicht werden. Eine Aneinanderfügung mehrerer derartiger be­ kannter Anordnungen, deren Enden mit der Längsrichtung einen rechten Winkel bilden, ist jedoch nicht zielführend, weil dabei in jeder zweiten Reihe die an der Stoßstelle liegenden Leuchtdioden wegen ihrer versetzten Anordnung ausfallen. Letztere ist aber für eine, in der Längsrichtung gesehen, lückenlose und kontinuierliche Überdeckung der Anordnung mit Leuchtdioden notwendig.

Es ist zwar bekannt (Siemens bauteile report, 16, 1978, Heft 2, Seite 61), mehrere Leuchtdiodenanzeigestellen mit je 16 Segmenten zeilenförmig aneinanderzureihen, um dadurch eine mehrstellige Anzeigeeinheit zu erhalten. Dabei ist jedoch wünschenswerterweise zwischen den einzelnen Segmentsätzen benachbarter Anzeigestellen ein gewisser Leseabstand vorge­ sehen, so daß sich hier das Problem einer lückenlosen Anein­ anderreihung von Leuchtdioden nicht stellt.

Schließlich ist es bekannt (US-PS 39 00 864), bei einem aus einer Kristallscheibe herausgeschnittenen und mit aufein­ anderliegenden dünnen Schichten eines Halbleitermaterials mit entgegengesetzter Leitfähigkeit versehenen monolithischen Halb­ leiterkörper Anzeigesegmente darstellende Leuchtdiodenbereiche durch einen Laserschnitt zu begrenzen, der sich durch die eine Halbleiterschicht hindurch bis in die zweite Halbleiterschicht hin­ ein erstreckt. Die dadurch erhaltenen, von je einem derartigen monolithischen Halbleiterkörper getragenen Anzeigestellen kön­ nen zwar zur Bildung einer mehrstelligen Anzeigeeinheit in einer Reihe nebeneinander angeordnet werden, wobei jedoch auch hier zwischen den jeweiligen Sätzen von Segmenten benachbarter An­ zeigestellen ein bestimmter Leseabstand einzuhalten ist, so daß sich das Problem einer kontinuierlichen Aneinanderfügung nicht stellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so aufzubauen, daß deren Längsabmessung nicht durch den Durchmesser der bei der Herstellung zur Verfügung stehenden Halbleiterscheiben begrenzt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die bei der Erfindung vorgesehene Aneinanderreihung beliebig vieler Monolithe und die Wahl des Winkels der Be­ rührungslinie kann die Leuchtdiodenanordnung in jeder ge­ wünschten Länge hergestellt werden, wobei gleichzeitig an der Berührungslinie, an der die einzelnen Monolithe stirn­ seitig aneinander angrenzen, keine Unregelmäßigkeit im Verteilungsmuster der Leuchtdioden auftritt, weil die Be­ rührungslinie keine der Stellen, an denen zur Aufrechter­ haltung des regelmäßigen Verteilungsmusters eine Leucht­ diode vorhanden sein muß, schneidet. Trotz der für eine, in der Längsrichtung der Anordnung gesehen, lückenlose Über­ deckung erforderlichen, seitlich versetzten Anordnung der Leuchtdioden fallen also an der Berührungslinie keine Leucht­ dioden aus.

In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 ein Paar aneinandergrenzender, mit Leucht­ dioden versehener Monolithe,

Fig. 2 eine teilweise Querschnittsansicht durch die Anordnung von Fig. 1 in Gegenüberstellung zu einer photoleitenden Oberfläche, und

Fig. 3 einen Teil einer zur Erregung der Leuchtdioden der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung er­ forderlichen Schaltungsanordnung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Anordnung mit einer Anzahl von darauf befind­ lichen Leuchtdioden oder LED's 18 aufweisenden Monolithen 16 allgemein bei 10 in einem Abstand in bezug auf eine Oberfläche 12, wie ein fotoleiten­ des Band oder eine Trommel aus Zinkoxid, Selen, Cadmiumsulfid oder dergleichen dargestellt. Die Anordnung 10 weist ein aus einem dielektrischen Material wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) beste­ hendes Substrat 14 auf, auf dessen Oberfläche bereichs­ weise ein leitfähiges Material 15 aufgebracht ist. Die N-Typ-Monolithe 16 sind auf dem leitfähigen Material 15 durch einen Klebstoff 17, wie Silberepoxy, festgelegt. Die Monolithe 16 sind aus einem Material wie Galliumarsenid hergestellt und weisen eine Anzahl von dotierten Plätzen auf, um Stellen vom P-Typ zu erzeugen, die in Verbindung mit den einzelnen Monolithen 16 die Leuchtdioden (LED's) 18 bilden. Die Dotierung ist auf eine solche Weise ausgeführt, daß die die LED's 18 bildenden Stellen vom P-Typ längs zwei Reihen angeordnet sind, deren jede zu der Längskante eines Monolith 16 benachbart ist. Die LED's 18 der einen Reihe sind seitlich relativ zu den LED's 18 der gegen­ überliegenden Reihe versetzt, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Wenngleich die LED's 18 als kreisförmig dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, daß nicht kreisförmige LED's 18, wie ellip­ tische, für solche Anwendungen ausgebildet werden können, bei denen eine nicht quadratische Auflösung erforderlich ist. Bei der dargestellten Anordnung 10 treffen auf eine Länge von 2,54 cm (1 Inch) acht Monolithe 16, wobei auf jedem Monolith 16 zweiunddreißig LED's 18 gelegen sind. Die Monolithe 16 werden an ihren Enden anein­ andergefügt, um die erforderliche Länge der Anordnung 10 zu bilden. Wenn beispielsweise eine Anordnung von 8 × 2,54 cm (8 Inch) erforderlich ist, werden vierundsechzig Monolithe 16 kettenartig Ende an Ende zusammengesetzt, um 2048 LED's 18 zu schaffen.

Auf den Monolith 16 ist an der Stelle jeder der LED's 18 eine metallische Beschichtung 20 aufgebracht, wobei ein offener Bereich in jeder Beschichtung 20 ausgebildet ist, um eine Exposition der LED's 18 zu ermöglichen. Ein Leiter 22 bildet eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Material 15 und den metallischen Beschichtungen 20, um die Zuführung von Ener­ gie zu jeder der LED's 18 zu ermöglichen. Die Leiter 22 können mit dem leitfähigen Material 15 und den metallischen Beschich­ tungen 20 entweder verlötet oder epoxyverklebt sein. Eine Faser­ optikabdeckung 24 ist über die Länge der Monolithe 16 zwi­ schen den Monolithen 16 und der fotoleitenden Oberfläche 12 an­ geordnet. Die Faseroptikabdeckung 24 weist vorspringende Bereiche 25 auf, die sich über die Länge der Abdeckung 24 erstrecken und über den Stellen in Lage gebracht sind, an denen die Leiter 22 mit den metallischen Beschichtungen 20 verbunden sind. Die Faseroptikabdeckung 24 kann sowohl aus Glas als auch aus Methylmethacrylat hergestellt sein. Ein Gel 28, das einen Bre­ chungsindex größer als eins aufweist, ist zwischen den LED's 18 und die Faseroptikabdeckung 24 eingebracht. Vorzugsweise ist das Gel durch Polydimethylsiloxan gebildet, das einen Bre­ chungsindex von 1,465 aufweist.

Jeder der die Anordnung 10 aufbauenden Monolithe 16 weist an seinen beiden Enden 26 einen diagonalen Zuschnitt auf. Die diagonalen Enden 26 bilden einen Winkel in bezug auf die Längsseiten der Monolithe 16, wobei der bevorzugte Winkel ungefähr 60° beträgt.

Der Vorteil des in Fig. 1 dargestellten Aufbaus besteht darin, daß eine hohe Lichtdichte erhalten wird, indem die LED's 18 der einen Reihe in einer versetzten Beziehung zu den LED's 18 der benachbarten Reihe in Lage gebracht sind. Genauer ausgedrückt erstrecken sich die beiden Reihen von LED's 18 in der Längsrichtung, wobei die LED's 18 der einen Reihe in bezug auf die LED's 18 der anderen Reihe seitlich versetzt sind. Die versetzte Anordnung erscheint für die Oberfläche 12 als eine einzige zusammenhängende Lichtlinie. Die regelmäßige Anordnung des versetzt aufgebauten Feldes der LED's 18 ist an den jeweiligen Enden 26 der Monolithe 16 aufrechterhalten, so daß ein zusammenhängender Satz von Zentren erhalten wird.

Im einzelnen weist eine Kristallperle, nachdem sie gezüch­ tet worden ist, eine zylindrische Gestalt auf. Sie wird dann in eine Anzahl von dünnen Plättchen, die die Form von dünnen Scheiben aufweisen, zerschnitten. Als nächstes werden die die LED's 18 bildenden Stel­ len dotiert, um den P-Typ-Übergang herzustellen, und die metallische Beschichtung 20 über die LED's 18 gelegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Scheiben werden sodann mittels einer Säge, die typischerweise einen Schnitt von 0,076 mm (dreitausend­ stel Inch) hervorruft, in die Mono­ lithe 16 zerschnitten. Durch den diagonalen Schnitt wird keine der LED's 18 beschädigt, wodurch die Monolithe 16 derart zusammen­ gesetzt werden können, daß die Anordnung 10 ein kontinuierliches Aussehen mit einer gleichförmigen Verteilung der LED's 18 längs ihrer gesamten Länge aufweist. Wenngleich nur zwei Rei­ hen von LED's 18 dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, daß eine größere Anzahl von Reihen vorgesehen sein kann. Eine andere Art der Herstellung des diagonalen Schnittes besteht darin, die Monolithe 16 durch Laserschnitt zu schneiden. Indem ein Laser mit einem durch einen Mikroprozessor gesteuerten Schrittmotor angetrieben wird, wird eine Vielzahl von Stufen ausgebildet, die mit einer Vielzahl von Stufen auf einem benachbarten Monolithen 16 zusammenpassen. Die Monolithe 16 werden sodann, wie vorher beschrieben, zusammengefügt.

Der durch die Verwendung der Faseroptikabdeckung 24 auf der Vorderseite der LED's 18 erreichte Vorteil besteht darin, daß auf die Oberfläche 12 säulenförmig gebündeltes Licht übertragen wird. Eine Lichtquelle, wie ein LED, hat die Nei­ gung, infolge des Überganges in Luft einen divergenten Lichtkegel zu bilden. Durch die Verwendung der Faseroptikab­ deckung 24 und eines Gels 28, dessen Brechungsindex größer ist als der von Luft, wurde gefunden, daß die Lichtbündelungs­ eigenschaften erhöht werden und der vorerwähnte Lichtverlust vermindert wird. Außerdem gibt die Faseroptikabdeckung 24 den LED's 18, die ziemlich zerbrechlich sind, insbesondere an der Verbindungsnaht mit den Leitern 22 einen gewissen Grad von Schutz. Dies ist besonders wesentlich, da die LED's 18 nahe an der empfangenden Oberfläche 12 angebracht werden müssen, um die Auflösung zu erhöhen.

In Fig. 3 ist ein Teil eines Schaltkreises dargestellt, der dazu verwendet wird, die Eingänge für die LED's 18 selektiv zu steuern. Ein Satz von Anodenschienen oder Sammelschienen 30 ist zusammen mit den einzelnen Leitern oder Bändern 22 darge­ stellt, die eine Verbindung zwischen den Sammelschienen und den LED's 18 herstellen, wobei eine Sammelschiene für jede LED 18 in einem Monolith 16 vorgesehen ist. Ferner ist ein Satz von Kathodenschienen oder Sammelschienen 32 vorgesehen, wobei jede Sammelschiene 32 zu allen LED's 18 eines gegebenen Mo­ nolith 16 parallelgeschaltet ist. Geeignete, nicht näher dar­ gestellte Steuerschaltungen können dazu verwendet werden, die LED's 18 selektiv zu erregen.

Claims (2)

1. Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden, die in mindestens zwei sich in einer Längsrichtung er­ streckenden geraden Reihen derart angeordnet sind, daß die Dioden einer Reihe jeweils äquidistant und die Dioden unmittelbar benachbarter Reihen mittig auf Lücke versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere die Leucht­ dioden (18) aufweisende Monolithe (16) vorgesehen sind, welche in der Längsrichtung aneinander an jeweils einer geraden Berührungslinie angrenzend angeordnet sind, wobei die Berührungslinie relativ zu der Längsrichtung einen schrägen Winkel bildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Winkel 60° beträgt.