DE3923633C2 - Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Matrixkopfes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-MatrixkopfesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines
Leuchtdioden(LED-)Matrixkopfes der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
genannten Art, wie es aus der US-PS 4 633 280 bekannt ist.
Da die Datenverarbeitungskapazität von Computern derzeit
kontinuierlich zunimmt, ist es auch erforderlich, daß ein
Drucker als Datenausgabeeinrichtung des Computers mit hoher
Druckgeschwindigkeit arbeitet und eine hohe Auflösung und
Mehrfachfunktionen aufweist. Aufgrund dieses Erfordernisses
wird daher häufig ein LED-Drucksystem verwendet, das einen
LED-Matrixkopf mit einer großen Anzahl von Lichtemissionskom
ponenten verwendet, womit eine hohe Auflösung der Druckqualität
erhalten wird. Im allgemeinen kann ein solcher LED-
Matrixkopf mit einer Großintegration von Leuchtdioden (LEDs)
aufgebaut werden. Daher werden diese LED-Matrizen meistens
auf einem Keramiksubstrat erzeugt, deren Fertigungsprozeß
bekanntlich sehr schwer durchzuführen ist.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer aus der US-PS 4 633 280 bekannten LED-Matrix für
den oben beschriebenen Gegenstand, worin das Bezugszeichen 1
ein GaAs-Substrat, das Bezugszeichen 2 einen GaAsP-Film, das
Bezugszeichen 3 einen Isolierfilm, das Bezugszeichen 4 einen
Zink-Diffusionsbereich, das Bezugszeichen 5 eine p-leitende
Einzelelektrode der LED, das Bezugszeichen 6 eine n-leitende
gemeinsame Elektrode sowie das Bezugszeichen 7 eine Licht
emissionsfläche bezeichnen. Wenn eine Spannung an die n-leitende
gemeinsame Elektrode 6 und die p-leitende Einzelelektrode
5 der LED angelegt wird, wird eine Lichtemission durch
die Lichtemissionsfläche erzeugt. Diese LED-Matrizen können
in der in Fig. 2 gezeigten Ordnung angeordnet werden, da die
p-leitende Einzelelektrode 5 auf der Lichtemissionsfläche 7
angeordnet ist und die n-leitende gemeinsame Elektrode 6 zu
dem Substrat hin angeordnet ist.
Fig. 2 ist ein Schemabild eines zusammengesetzten Abschnitts
des bekannten LED-Matrixkopfes. Wenn eine LED-Matrix 13 auf
einem Keramiksubstrat 11 angeordnet wird, auf dem ein Anschluß
14 für die gemeinsame Elektrode und ein Außenanschluß
12 angeordnet sind, muß die gemeinsame Elektrode 6 der LED
mit dem Anschluß 14 für die gemeinsame Elektrode verbunden
werden, und die Einzelelektrode 5 jeder LED-Komponente muß
einzeln mit dem Außenanschluß 12 unter Verwendung eines Gold
drahtes 15 verbunden werden. Jedoch werden bei der Golddraht
verbindung insgesamt 2048 metallische Verbindungen benötigt,
um ein DIN-A4-Papier mit der Auflösung 240 DPI (dot per inch)
gewöhnlich verwendeter Zeichen auszudrucken, und insgesamt
3584 Metallverbindungen werden benötigt, um das gleiche
Papier mit einer Auflösung von 400 DPI auszudrucken. Da der
Zwischenraum zwischen den Golddrähten jeweils etwa 100 µm
erreicht, entsteht ferner schließlich das Problem, daß der
Fertigungsprozeß schwierig wird und der Ausschuß zunimmt.
Aus der US-PS 3 964 157 ist es bereits bekannt, eine
LED-Komponente in einer Aussparung anzuordnen und
die vertikalen Zwischenräume mit einem Klebstoff aus
zufüllen, um die LED-Komponente mit einem die
Aussparung aufweisenden Substrat zu verbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden,
daß die elektrische Verdrahtungs- oder Anschlußanordnung
zwischen einer einzelnen Elektrode jeder LED-Komponente und
einem Außenanschluß bei Ausbildung der LED-Matrix auf einem
Keramiksubstrat zu vereinfachen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Ein Außenanschluß wird
auf einem Abschnitt der oberen Fläche eines Substrats
ausgebildet, das eine Aussparung aufweist. Ein
Innenanschluß wird auf der gesamten Oberfläche der Aussparung
ausgebildet, wobei der Innenanschluß als gemeinsame
Elektrode der LED-Matrix verwendet wird. Ferner wird eine ent
sprechende LED-Komponente in die Aussparung eingeklebt
und ein Isolierfilm wird auf der gesamten Oberfläche des
Substrats und der LED-Komponente ausgebildet. Durch
selektives Ätzen des Isolierfilmes werden Kontaktfenster
gebildet, um auf diese Weise einen Zugang zu dem
Außenanschluß und einer Einzelelektrode herzustellen, die
auf der oberen Fläche der LED-Komponente angeordnet ist.
Ein Sekundäranschluß zur elektrischen Verbindung der
Einzelelektrode mit der Außenelektrode wird über die Kontakt
fenster gebildet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Schemabild eines Abschnitts eines bekannten
LED-Matrixkopfes;
Fig. 2 ein Schemabild eines montierten Abschnitts des
bekannten LED-Matrixkopfes;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform
eines LED-Matrixkopfes gemäß der Erfindung; und
Fig. 4(A) bis 4(E) Schnittansichten eines Abschnitts A-A′
der LED-Matrixkopfanordnung von Fig. 3, welche je
eine Fertigungsstufe gemäß der Erfindung zeigen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der LED-
Matrixkopfanordnung, wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt eine
Mehrzahl von Lichtemissionsflächen 7, die in einer Reihe entlang
einer Mittellinie eines Keramiksubstrats 20 angeordnet
sind, eine LED-Matrixkomponente 26, welche eine der Anzahl
der Lichtemissionsflächen gleiche Anzahl von Einzelelektroden
aufweist, eine der Anzahl der Lichtemissionsflächen gleiche
Mehrzahl von Außenanschlüssen 22, die auf dem Keramiksubstrat
20 angeordnet sind, sowie eine der Anzahl der Lichtemissions
flächen 7 entsprechende Mehrzahl von Sekundäranschlüssen 34,
welche die jeweilige Einzelelektrode einer Leuchtdiode (LED)
mit dem entsprechenden Außenanschluß 22 über zwei Kontaktfenster
31, 32 verbindet.
Bezugnehmend auf Fig. 4(A) wird ein etwa 10 µm dicker Alumi
niumfilm auf einem Keramiksubstrat 20 ausgebildet, welches
eine Aussparung 21 aufweist, die so tief ist wie die Dicke
einer unten erläuterten LED-Matrixkomponente 26. Zu diesem
Zweck ist eine bekannte Vakuumverdampfungstechnik vorzuziehen.
Dann werden unter Verwendung einer herkömmlichen Ätzmethode
ein Primäranschluß 24 für eine gemeinsame Elektrode der
LED-Matrix bzw. ein Außenanschluß 22 auf dem Substrat aus
gebildet.
Fig. 4(B) zeigt, daß eine LED-Matrixkomponente 26 in der
Aussparung 21 derart angeordnet ist, daß eine Einzelelektrode
5 gerade auf der oberen Fläche der LED-Matrixkomponente aus
gebildet wird. Zum Verkleben dieser Elemente miteinander kann
Epoxydplastikmaterial verwendet werden. Dann werden die obere
Fläche des Substrats 20 und der LED-Matrixkomponente 26 mit
einem nichtleitenden Material niedriger Viskosität, wie zum
Beispiel Aufschleuder-glass (spin-on-glass), überzogen, so daß
der vertikale Raum 28 zwischen dem Substrat 20 und der LED-
Matrixkomponente 26 ausgefüllt wird und die gesamte Oberfläche
der Anordnung flach gemacht wird, wie in Fig. 4(C)
gezeigt. Danach wird das gesamte Material etwa 10 Minuten
lang bei einer Temperatur von 400°C erhitzt, wodurch ein
Isolierfilm 30 von etwa 3 µm Dicke gebildet wird.
Dann wird eine bekannte Fotoätzmethode verwendet, um Kontakt
fenster 31, 32 über der Einzelelektrode 5 und dem Außen
anschluß 22 zu bilden, wie in Fig. 4(D) gezeigt.
Danach wird, wie anhand von Fig. 4(E) erläutert, auf der ge
samten Oberfläche des Substrats ein Metallfilm, zum Beispiel
aus Aluminium, mit einer Dicke von 2 µm gebildet, so daß
elektrische Verbindungen zwischen der Einzelelektrode 5 und
dem Außenanschluß 22 über die Kontaktfenster 31, 32 her
gestellt werden, wonach der überflüssige Teil des Metallfilmes
unter Verwendung der bekannten Fotoätzmethode entfernt wird.
Dadurch wird ein Sekundäranschluß 34 auf der Oberfläche des
Substrats aufgebracht. Wenn eine Spannung an den Außenanschluß
22 und den Innenanschluß 24 angelegt wird, emittiert
folglich jede LED-Komponente, wie oben beschrieben, Licht
durch die Lichtemissionsfläche 7.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, macht es die
Erfindung sehr leicht, eine LED-Matrixkopfanordnung herzu
stellen, weil sie im Unterschied zu dem herkömmlich verwendeten
mit getrennten Goldanschlüssen arbeitenden Verfahren ein
vereinfachtes Anschlußverfahren anwendet, das den Metallüberzug
und die Fotoätzmethode nutzt bei Herstellung eines Anschlusses
zwischen einem Außenanschluß des Substrats und
einer Einzelelektrode der LED-Matrixkomponente. Da der
Verdrahtungsausfall aufgrund des mechanischen Kontakts
vermindert werden kann, nimmt außerdem die Zuverlässigkeit
der Einrichtung beträchtlich zu.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines LED-Matrixkopfes mit den
Schritten:
Bilden von Außenanschlüssen (22), von denen jeder einer LED-Komponente (26) individuell zugeordnet wird, und eines Innenanschlusses (24), der allen LED-Komponenten gemeinsam zugeordnet wird, auf einem Substrat (20), und
Anordnen einer Reihe von LED-Komponenten (26) in elektrischem Kontakt mit dem Innenanschluß (24), der damit als gemeinsame Elektrode für die LED-Komponenten (26) verwendet wird, deren auf ihren Oberflächen angeordnete Einzelelektroden (5) jeweils mit den Außenanschlüssen (22) über Sekundäranschlüsse (34) elektrisch verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenanschluß (24) auf der gesamten Bodenfläche einer Aussparung (21) innerhalb des Substrats (20) gebildet wird, die eine Tiefe aufweist, die etwa so groß ist wie die Dicke der LED-Komponenten (26), und eine Breite hat, die vertikale Zwischenräume (28) zwischen der LED- Komponente (26) und der Aussparung (21) bildet,
die LED-Komponenten (26) in die Aussparung (21) eingesetzt und derart eingeklebt werden, daß der elektrische Kontakt mit dem Innenanschluß (24) her gestellt wird,
ein Isolierfilm (30) aus einem Material niedriger Viskosität auf der gesamten Oberfläche des Substrats (20) und der LED-Komponenten (26) gebildet wird, wobei das Material die vertikalen Zwischenräume (28) ausfüllt und die gesamte Oberfläche der Anordnung flachgemacht wird, und
Kontaktfenster (31, 32) durch selektives Ätzen des Isolierfilms (30) gebildet werden, um durch diese hindurch die elektrische Verbindung zwischen den Einzelelektroden (5) und den Außenanschlüssen (22) über die filmartig ausgebildeten Sekundär anschlüsse (34) herzustellen.
Bilden von Außenanschlüssen (22), von denen jeder einer LED-Komponente (26) individuell zugeordnet wird, und eines Innenanschlusses (24), der allen LED-Komponenten gemeinsam zugeordnet wird, auf einem Substrat (20), und
Anordnen einer Reihe von LED-Komponenten (26) in elektrischem Kontakt mit dem Innenanschluß (24), der damit als gemeinsame Elektrode für die LED-Komponenten (26) verwendet wird, deren auf ihren Oberflächen angeordnete Einzelelektroden (5) jeweils mit den Außenanschlüssen (22) über Sekundäranschlüsse (34) elektrisch verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenanschluß (24) auf der gesamten Bodenfläche einer Aussparung (21) innerhalb des Substrats (20) gebildet wird, die eine Tiefe aufweist, die etwa so groß ist wie die Dicke der LED-Komponenten (26), und eine Breite hat, die vertikale Zwischenräume (28) zwischen der LED- Komponente (26) und der Aussparung (21) bildet,
die LED-Komponenten (26) in die Aussparung (21) eingesetzt und derart eingeklebt werden, daß der elektrische Kontakt mit dem Innenanschluß (24) her gestellt wird,
ein Isolierfilm (30) aus einem Material niedriger Viskosität auf der gesamten Oberfläche des Substrats (20) und der LED-Komponenten (26) gebildet wird, wobei das Material die vertikalen Zwischenräume (28) ausfüllt und die gesamte Oberfläche der Anordnung flachgemacht wird, und
Kontaktfenster (31, 32) durch selektives Ätzen des Isolierfilms (30) gebildet werden, um durch diese hindurch die elektrische Verbindung zwischen den Einzelelektroden (5) und den Außenanschlüssen (22) über die filmartig ausgebildeten Sekundär anschlüsse (34) herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
LED-Komponenten (26) in die Aussparung (21)
unter Verwendung von Epoxydplastikmaterial eingeklebt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Isolierfilm (30) aus Aufschleuder-Glas durch einen
thermischen Prozeß hergestellt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sekundäranschlüsse (34) aus einem Aluminiumfilm
von etwa 2 µm Dicke durch
Metall-Vakuumverdampfung und Fotoätzung hergestellt werden.
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