WO2020157149A1 - µ-LED, µ-LED ANORDNUNG, DISPLAY UND VERFAHREN ZU SELBEN - Google Patents

µ-LED, µ-LED ANORDNUNG, DISPLAY UND VERFAHREN ZU SELBEN Download PDF

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Thorsten BAUMHEINRICH
Martin Behringer
Andreas Biebersdorf
Ruth BOSS
Michael Brandl
Peter Brick
Jean-Jaques DROLET
Hubert Halbritter
Laura KREINER
Erwin Lang
Andreas Leber
Tobias Meyer
Alexander Pfeuffer
Marc Philippens
Jens Richter
Thomas Schwarz
Paul Ta
Tansen Varghese
Xue Wang
Sebastian Wittmann
Julia WUENSCHE
Karsten Diekmann
Karl Engl
Siegfried Herrmann
Berthold Hahn
Stefan Illek
Bruno JENTZSCH
Korbinian Perzlmaier
Ines Pietzonka
Andreas Rausch
Kilian REGAU
Tilman Ruegheimer
Simon Schwalenberg
Christopher SOELL
Peter Stauss
Petrus Sundgren
Hoa Vu
Christopher Wiesmann
Georg Bogner
Patrick HOERNER
Christoph Klemp
Jens Mueller
Kerstin Neveling
Jong Park
Christine RAFAEL
Frank Singer
Kanishk CHAND
Felix FEIX
Christian Mueller
Eva-Maria RUMMEL
Nicole HEITZER
Marie ASSMANN
Christian Berger
Ana KANEVCE
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    • H01L33/60—Reflective elements

Definitions

  • augmented reality is given by an "interactive experience of the real environment, whereby the objects from it that are in the real world are expanded by computer-generated perceptible information".
  • the information is mostly transported through visualization, but is not limited to visual perception.
  • haptic or other senses can be used to expand reality.
  • the superimposed sensory-visual information can be constructive, ie in addition to the natural environment, or it can be destructive, for example by covering parts of the natural environment.
  • augmented reality reinforces the perception of the user of the real environment.
  • virtual reality completely replaces the real environment of the user with an environment that is completely simulated. In other words, while the user is able to at least partially perceive the real world in an expanded reality environment, the environment is completely simulated in a virtual reality and may differ significantly from the reality.
  • Augmented reality can be used to improve natural environmental situations while enriching or supporting the user experience when performing certain tasks.
  • a user may use a display with enhanced reality features to assist them in performing certain tasks. Since information about a real object is overlaid to provide information for the user, the user is supported with additional information, which allows him to act faster, more safely and more effectively during manufacturing, repair tasks or other services.
  • augmented reality can be used to guide and support the doctor in diagnosing and treating the patient. During development, an engineer may directly experience the results of his tests and can therefore evaluate the results more easily.
  • an augmented reality can provide a user with additional information on sights, history or the like. Augmented reality can assist in learning activities or tasks.
  • active matrix display was originally used for liquid crystal screens that contain a matrix of thin film transistors with which LCD pixels are controlled. Each individual pixel has a circuit with active components (mostly transistors) and power supply connections However, this technology is not currently intended be limited to liquid crystals, but in particular also refer to controls for m-LEDs or m-displays.
  • Active matrix carrier substrate
  • Active matrix carrier substrate or “active matrix backplane” denotes a control of light-emitting diodes of a display with thin-film transistor circuits. The circuits can be integrated into the backplane or applied to it.
  • the “active matrix carrier substrate” has one or more interface contacts which form an electrical connection to an m-LED display structure. An “active matrix carrier substrate” can thus be part of an active matrix display or carry it .
  • the layer is referred to in an optoelectronic component or light-emitting diode in which charge carriers recombine.
  • the active layer can be characterized by a region of two adjoining semiconductor layers of different conductivity types. More complex active layers contain quantum wells (see there), multi-quantum wells or other structures that have additional properties. The structure and material systems can also be used to set the band gap (see there) in the active layer, which specifies the wavelength and thus the color of the light.
  • Adjustment optics comprise an Alvarez lens arrangement, in particular a rotatable variant with a moiré lens arrangement.
  • Augmented reality is understood to mean the computer-assisted expansion of perception of reality by means of this perceptible information generated by the computer.
  • the information can address all human sensory modalities.
  • augmented reality is often understood to mean only the visual representation of information, that is, the addition of images or videos with computer-generated additional information or virtual objects by means of fade-in / overlay.
  • Automotive generally refers to the automotive or automotive industry. This term is therefore intended to encompass this branch, but also all other branches of industry, which encompass m-displays or generally light displays with very high resolution and m-LEDs. "Band gap"
  • the energy gap between the valence band and the conduction band of a solid is called the band gap, also known as the band gap or prohibited zone. Its electrical and optical properties are largely determined by the size of the band gap Right. The size of the band gap is usually given in electrical nenvolt (eV). The band gap thus also differentiates between metals, semiconductors and insulators.
  • the band gap can be adjusted, ie changed, by various measures such as spatial doping, detuning the crystal lattice structure or by changing the material systems. Material systems with a so-called direct band gap, ie where the maximum of the valence band and a minimum of the conduction band lie one above the other in the pulse space, allow a recombination of electron-hole pairs with the emission of light.
  • Fiber Bragg gratings are special optical interference filters inscribed in optical fibers. Wavelengths that are within 1B of the filter bandwidth are reflected. A periodic modulation of the refractive index is generated in the fiber core of an optical waveguide by means of various methods. This creates areas with a high and low refractive index that reflect the light of a certain wavelength (band rejection). The center wavelength of the filter band width in single-mode fibers results from the Bragg condition.
  • Directionality or directionality refers to the radiation characteristics of an m-LED or another light-emitting component.
  • a high directionality corresponds to a high directional radiation, or a low radiation cone.
  • the aim should be to obtain a high level of radiation so that cross-talk of light into neighboring pixels is avoided as far as possible.
  • the light-emitting component is differently bright depending on the viewing angle and thus differs from a Lambertian spotlight.
  • the directionality can be changed by mechanical measures or other measures, for example on the side intended for the emission.
  • this also includes photonic crystals or pillar structures (columnar structures) which are arranged on the emitting surface of a pixelated array or on an arrangement, in particular of m-LEDs. These create a virtual band gap, which reduce or prevent a light vector from spreading along the emission surface.
  • near field and far field describe spatial areas around a component that emits an electromagnetic wave, which differ in their characterization.
  • the spatial areas are usually divided into three areas: active near field, transition field and far field.
  • the electromagnetic wave propagates as a plane wave regardless of the radiating element.
  • the screen door effect is a permanently visible image artifact in digital video projectors.
  • fly screen effect describes the unwanted, because of the technical, black distance between the individual pixels, or their projected information, and takes the form of a fly screen. This distance comes from the design, since the conductor tracks for control run between the individual LCD segments, where the light is swallowed and therefore cannot hit the screen. If small optoelectronic lighting devices and in particular m-LEDs are used or if the distance between individual light-emitting diodes is too large, the resulting low packing density leads to visible differences between spotlighted and dark areas when illuminated. a single pixel area.
  • the flip-chip assembly is a method of assembly and connection technology for contacting unhoused semiconductor chips by means of contact bumps, so-called “bumps”.
  • the chip is connected directly to the active contacting side without further connecting wires downwards - towards the substrate / circuit carrier - over the bumps, which leads to particularly small dimensions of the housing and short conductor lengths, making a flip chip an electronic semiconductor component that is contacted on the back Transfer techniques, for example by means of an auxiliary carrier
  • the radiation direction in a flip chip is then usually the side opposite the contact surfaces.
  • a flip-flop often also called bistable flip-flop or flip-flop, is an electronic circuit that has two stable states of the output signal. The current status depends not only on the input signals currently available, but also on the status that existed before the time in question. There is no dependence on time, but only on events. Due to the bistability, the flip-flop can transfer a data amount of one bit save an unlimited time. In contrast to other types of storage, however, the power supply must be guaranteed continuously.
  • the flip-flop is an indispensable component of digital technology and thus a fundamental component of many electronic circuits, from the quartz clock to the microprocessor.
  • it is the basic element of the static memory modules for computers.
  • Some embodiments may use different types of flip-flops or other buffer circuits to store state information. Their respective input and output signals are digital, that is, they alternate between logically “false” and logically “true”. These values are also referred to as “low rig” 0 and "high” 1.
  • the head-up display is a display system or a projection device in which the user can maintain his head posture or viewing direction since information is projected into his field of vision.
  • the head-up display is an augmented reality system.
  • a head-up display has a sensor for determining the direction of view or the orientation in space. "Horizontal LED"
  • Interference filters are optical components that use the effect of interference to filter light depending on frequency, ie color-dependent for visible light. "Collimation"
  • collimation denotes the parallel direction of divergent light beams.
  • the associated lens is called collimator or converging lens.
  • a collimated light beam contains a large part of parallel beams and is therefore minimally spread as it spreads out. Use in this sense refers to the spreading of the light emitted by a source.
  • a collimated beam that is emitted from a surface has a strong dependence on the beam angle. In other words, the radiance (power per unit of a fixed angle per unit of the projected source area) of a collimated light source changes with increasing angles.
  • Light can be collimated by a number of methods, for example by means of a special lens arranged in front of the light source. As a result, collimated light can also be viewed as light with a very large directionality.
  • Converter material is a material that is suitable for converting light of a first wavelength into a second wavelength.
  • the first wavelength is shorter than the second wavelength.
  • These include various stable inorganic and organic dyes as well as quantum dots.
  • the converter material can be applied and structured in various processes.
  • conductivity type refers to the majority of (n- or p-) charge carriers in a respective semiconductor material. That is, a semiconductor material that is n-doped is considered an n-conductivity type. Accordingly, if a semiconductor material is an n-type, then it is n-doped.
  • active region in a semiconductor refers to a boundary region in a semiconductor between an n-doped layer and a p-doped layer. A radiative recombination of p- and n-type charge carriers takes place in this area. In some versions, the active area is still structured and includes, for example, quantum well or quantum dot structures.
  • a virtual retinal display (VNA) or light field display is a display technology that draws a raster image directly on the retina of the eye. The user gets the impression of a screen floating in front of him.
  • a light field display can be provided as glasses, with a raster image directly on the retina a user’s eye is projected. With the virtual retinal display, a direct retinal projection creates an image within the user's eye.
  • the light field display is an augmented reality system.
  • Photolithography is one of the central methods of semiconductor and microsystem technology for the manufacture of integrated circuits and other products.
  • the image of a photomask is transferred onto a light-sensitive photoresist by means of the exposure. Then who the exposed areas of the photoresist dissolved (alternatively, the unexposed areas can also be resolved if the photoresist hardens under light).
  • the remaining photo lacquer can also be removed later.
  • An m-LED is an optoelectronic component whose edges are less than 70 pm, in particular down to less than 20 pm, in particular in the range from 1 pm to 10 pm. Another range is between 10-30 pm. This results in an area from a few hundred pm 2 to a few tens pm 2 .
  • an m-LED can have an area of approximately 60 pm 2 with an edge length of approximately 8 pm.
  • an m-LED has an edge length of 5pm or less, which results in a size of less than 30pm 2 .
  • Typical heights of such m-LEDs are, for example, in the range from 1.5 pm to 10 pm.
  • m-LEDs are primarily used as displays.
  • the m- LEDs off pixels or sub-pixels and emit light of a defined color. Due to the small pixel size and a high density with a short distance, m-LEDs are suitable for small monolithic displays for AR applications.
  • an m-LED Due to the very small size of an m-LED mentioned above, the manufacture and processing or processing is significantly more difficult compared to previous larger LEDs. The same applies to additional elements such as contacts, package, lenses, etc. Some aspects that can be implemented with larger optoelectronic components cannot be produced with m-LEDs or only in a different way. In this respect, an m-LED is therefore a conventional LED, i.e. a light-emitting component with an edge length of 200pm or more, significantly different.
  • An m-display or an m-LED array is a matrix with a large number of pixels, which are arranged in defined rows and columns. In terms of its functionality, an m-LED array often forms a matrix of m-LEDs of the same type and color. It therefore rather provides a luminous area.
  • the purpose of an m-display is to transmit information, among other things, which often results in the requirement for different colors or addressable activation for each individual pixel or sub-pixel.
  • An m-display can be formed from a plurality of m-LED arrays, which are formed together on a backplane or another carrier. However, an m-LED array can also form an m-display.
  • an m-display or an m-LED array is a small-scale arrangement which is realized by means of m-LEDs.
  • m displays or m LED arrays can be formed from the same, ie from a workpiece.
  • the m-LEDs of the m-LED array can be monolithic. Such m-displays or m-LED arrays are referred to as monolithic m-LED arrays or m-displays.
  • both assemblies can be formed by growing m-LEDs individually on a substrate and then arranging them individually or in groups on a carrier at a desired distance from one another using a so-called pick & place method.
  • Such m-displays or m-LED arrays are referred to as non-monolithic.
  • non-monolithic m-displays or m-LED arrays other distances between individual m-LEDs are also possible. These distances can be chosen flexibly depending on the application and design.
  • Such m-displays or m-LED arrays can also be referred to as pitch-expanded.
  • each individual pixel can comprise a blue light emitting m LED and a green light emitting m LED as well as a red light emitting m LED.
  • monolithic m-LED arrays are assembled with non-monolithic m-LED arrays. This means that different functions or applications can be implemented with m-Displays. Such a display is called a hybrid display.
  • An m-LED nanocolumn is generally a semiconductor layer stack with an active layer, which thus forms an m-LED.
  • the m-LED nano column has an edge length smaller than the height of the column.
  • the edge length of an m-LED nanocolumn is approximately 10 nm to 300 nm, while the height of the device can be in the range from 200 nm to 1 pm or more.
  • m-Rod or Rod refers in particular to a geometric structure, in particular a rod or a rod or generally an elongated, for example cylindrical, structure. M-Rods are generated, the spatial dimensions of which are provided in the pm up to and including the nanometer range. This also includes nanods.
  • nanorods are an embodiment of nanoscale objects. Each of their dimensions is in the range from approximately 10 nm to 500 nm. They may be synthesized from metal or semiconducting materials. Aspect ratios (length divided by width) are 3 to 5. Nanorods are produced by direct chemical synthesis. A combination of ligands acts as a shape control agent and is linked to various facets of the nanorod with different strengths. This allows different configurations of the nanorod with different growth rates to produce an elongated object. pLED nanopillars are such nanorods. "Mini light emitting diode"
  • the moire effect describes an apparent coarse grid that is created due to the overlay of regular, finer grids.
  • the resulting pattern is a special case of the aliasing by subsampling.
  • alias effects are errors that occur when frequency components occur in the signal to be sampled that are higher than half the sampling frequency.
  • alias effects occur when scanning images and lead to patterns that are not contained in the original image.
  • a moire lens arrangement is a special case of an Alvarez lens arrangement.
  • a monolithic device is a one-piece device.
  • a typical component of this type is, for example, a monolithic pixel array, in which the array is made from one piece and the g-LEDs of the array are made together on one carrier.
  • a fashion is the description of certain temporally stationary properties of a wave.
  • the wave is described as the sum of different modes.
  • the modes differ in the spatial distribution of the intensity.
  • the shape of the modes is determined by the boundary conditions under which the wave propagates.
  • the analysis according to vibration modes can be applied to both standing and continuous waves.
  • the following types of modes are distinguished for electromagnetic waves, such as light, lasers and radio waves: TEM or transverse electromagnetic mode, TE or H modes, TM or E modes.
  • TEM or transverse electromagnetic mode Both the electrical and the magnetic field components are always perpendicular to the direction of propagation.
  • This mode is only spreadable if either two mutually insulated conductors (equipotential surfaces) are available, for example in a coaxial cable, or no electrical conductor is present, for example in gas lasers or Lichtwellenlei.
  • TE or H modes Only the electrical field component is perpendicular to the direction of propagation, while the magnetic field component points in the direction of propagation.
  • TM or E modes Only the magnetic field component is perpendicular to the direction of expansion, while the electrical field component points in the direction of expansion.
  • An optoelectronic component is a semiconductor body that generates light during operation by recombining charge carriers and emits it. The light generated can range from the infrared to the ultraviolet range, the wavelength depending on various parameters, including the material system used and the doping.
  • An optoelectronic component is also referred to as a light-emitting diode.
  • the term optoelectronic component or light-emitting component sy nonym is used.
  • An m-LED (see there) is therefore a special optoelectronic component with regard to its geometry. In displays, optoelectronic components are usually monolithic or as individual components placed on a matrix.
  • Passive matrix backplane or “passive matrix carrier substrate”
  • a passive matrix display is a matrix display in which the individual pixels are controlled passively (without additional electronic components for the individual pixels).
  • a light emitting diode of a display can be controlled by means of IC circuits.
  • screens with active pixels controlled by transistors are referred to as an active matrix display.
  • a passive matrix carrier substrate is part of a passive matrix display and carries this.
  • a photonic structure can be a photonic crystal, a quasi-periodic or deterministically aperiodic photonic structure.
  • the photonic structure creates a band structure for photons by periodically varying the optical refractive index.
  • This band structure can have a band gap in a certain frequency range. This means that photons cannot spread through the photonic structure in all spatial directions. In particular, spreading parallel to a surface is often blocked, but perpendicular to it is possible. In this way, the photonic structure or the photonic crystal determines a spread in a certain direction. It blocks or reduces it in one direction and thus generates a beam or a beam of radiation directed in the space or radiation area provided for this purpose.
  • Photonic crystals are photonic structures occurring or created in transparent solids. Photonic crystals are not necessarily crystalline - their name comes from the analog diffraction and reflection effects of X-rays in crystals due to their lattice constants. The structural dimensions are equal to or greater than a quarter of the corresponding one Wavelength of the photons, i.e. they are in the range from fractions of a gm to several gm. They are generated by classic lithography or also by self-organizing processes.
  • the same or the same property of a photonic crystal can alternatively also be generated with non-periodic but nevertheless ordered structures.
  • Such structures are, in particular, quasi-periodic structures or deterministically aperiodic structures. These can be, for example, spiral photonic arrangements.
  • two-dimensional photonic crystals are mentioned here by way of example, which have a periodic variation of the optical refractive index in two mutually perpendicular spatial directions, in particular in two spatial directions running parallel to the light exit surface and perpendicular to one another.
  • a one-dimensional photonic crystal has a periodic variation in the refractive index along one direction. This direction can in particular run parallel to the light exit plane.
  • the one-dimensional structure enables the beam to be shaped in a first spatial direction.
  • a photonic effect can be achieved in just a few periods in the photonic structure.
  • the photonic structure can, for example, be designed such that the electromagnetic radiation is at least approximately collimated with respect to the first spatial direction. Thus, a collimated beam can be generated at least with respect to the first spatial direction.
  • the individual color values of a digital raster graphic are referred to as pixels, pixels, picture cells or picture elements, as are the surface elements required for detecting or displaying a color value in an image sensor or screen with raster control.
  • a pixel is thus an addressable element in a display device and has at least one light-emitting device.
  • a pixel has a certain size and neighboring pixels are separated by a defined distance or pixel space. In displays, in particular m-displays, three (or in the case of additional redundancy, several) subpixels of different colors are often combined to form one pixel. "Planar array"
  • Planar array is an essentially flat surface. It is often smooth and without any outstanding structures. Roughness of the surface is generally not desired and has no desired functionality.
  • a planar array is, for example, a monolithic, planar array with several optoelectronic components.
  • Pulse width modulation or PWM is a type of modulation for controlling a component, here in particular an m-LED.
  • the PWM signal controls a switch that is configured to switch a current through the respective m-LED on and off, so that the m-LED either emits light or does not emit light.
  • the output provides a square wave signal with a fixed frequency f.
  • a quantum well or quantum well is understood to mean a potential curve in a band structure in one or more semiconductor materials, which restricts the freedom of movement of a particle in one spatial dimension (usually in the z direction). This means that only one planar region (x, y plane) can be occupied by charge carriers.
  • the width of the quantum well determines the quantum mechanical states that the particles can assume and leads to the formation of energy levels (sub-bands), i.e. the particle can only be discrete
  • the ratio of radiating to non-radiating recombination is a relevant parameter and depends, among other things, on the size of the component. In general, the smaller the component, the smaller the ratio, which means that non-radiative recombination increases in relation to radiative recombination. "Refresh time"
  • Refresh time is the time after which a cell of a display or the like must be rewritten so that it either does not lose the information or the refresh is predetermined by external circumstances.
  • a light-emitting body or also a raw chip is a semiconductor structure which has been separated from the wafer after production and is suitable for generating light after electrical contacting in operation.
  • the raw chip is usually separated after contacting, but can also be processed in the form of arrays.
  • a slot antenna is a special type of antenna in which instead of surrounding a metallic structure in the room with air (as a non-conductor) an interruption of a metallic structure (eg a metal plate, a waveguide, etc.) is provided.
  • This interruption causes an emission of an electromagnetic wave, the wavelength of which depends on the geometry of the interruption.
  • the interruption often follows the principle of the dipole, but can theoretically also have any other geometry.
  • a slot antenna thus comprises a metallic structure with a cavity resonator that has a length in the order of magnitude of the wavelengths of visible light.
  • the metallic structure can be arranged in an insulating material or be surrounded by this.
  • the metallic structure for setting a certain potentiometer is usually grounded.
  • Field of view denotes the area in the angle of view of an optical device, a sun sensor, the image area of a camera (film or recording sensor) or a see-through display, within which events or changes can be perceived and recorded.
  • a field of view is, in particular, an area that is visible to a person without moving the eyes.
  • the field of view includes the area indicated as a number of degrees of view angle during stable eye fixation.
  • a subpixel (such as a "partial pixel”) describes the inner structure of a pixel.
  • the term subpixel is associated with a higher resolution than one would expect from a single pixel.
  • a pixel can also consist of several smaller subpixels, each one The overall color impression of a pixel results from the mixture of the individual subpixels.
  • a subpixel is thus the smallest addressable unit in a display device.
  • a subpixel comprises a certain size that is smaller than the size of the pixel to which the subpixel belongs assigned.
  • a vertical LED In contrast to the horizontal LED, a vertical LED has an electrical connection on the front and an electrical connection on the back of the LED. One of the two sides also forms the light exit surface. Vertical light-emitting diodes therefore have contacts which are formed towards two opposite main surface sides. Accordingly, it is necessary to deposit an electrically conductive but nevertheless transparent material so that electrical contact is ensured on the one hand and light can pass through on the other. "Virtual Reality"
  • Virtual reality is the representation and simultaneous perception of reality and its physical properties in a real-time, computer-generated, interactive virtual environment.
  • a virtual reality can completely replace the real environment of an operator with a completely simulated environment.
  • Various aspects of m-LED semiconductor structures are now explained in the following sections. These include structures and material systems for light generation. However, these aspects also concern processing aspects.
  • individual rows or columns of a row-by-column or column-by-row arrangement of m-LEDs cannot be resolved or recognized by the human eye.
  • the distances between the m-LEDs or pixel density and pixel distance of the m-LED array are also adapted accordingly to the distance of the viewer from the m-LED array, so that the eye of a viewer can see the individual m-LEDs of the m- LED arrays cannot resolve in the respective application.
  • m-LED arrays In comparison to arrays with organic LEDs (OLEDs) and liquid crystal displays (LCDs), m-LED arrays have the advantages of comparatively low energy consumption and high brightness of up to 10 6 Cd / m 2 .
  • m-LED arrays enable a very high pixel density of up to 5000 pixels per inch (PPI) and, when used in displays, a very high refresh rate in the range of nanoseconds.
  • m-LED arrays have a very long lifespan and very good stability against environmental influences.
  • the use of m-LED arrays enables the values for the contrast range and / or for the resolution to be adjusted to the desired values of these parameters, for example depending on an application.
  • arrays made of m-LEDs allow an adaptation of the luminous area formed by the m-LEDs to a desired shape, so that the application is not only limited to normal displays, but arrays made of m-LEDs can also be used in the automotive sector be used, for example, ge curved surface as a display or lighting arrangement. The area can be used to display information as well as a simpler illuminated area for lighting or illumination.
  • each individual pixel can each comprise, for example, a blue-light-emitting m-LED, and in addition each m-LED can have a conversion material in order to convert part or all of the blue light into secondary light, which together with the blue Primary light is a mixed light, for example white light.
  • Monolithic m-LED arrays enable luminous surfaces with high luminance and can therefore be used advantageously in motor vehicle lights, for example as light sources for motor vehicle headlights.
  • Non-monolithic m-displays or m-LED arrays allow the use of gaps between adjacent pixels or m-LEDs to arrange other components, for example electronic components for operating the m-LEDs or sensors or detectors.
  • Non-monolithic m-LED arrays can, for example, advantageously be used for displays and for displays with integrated sensors, in particular touch screens, and for operating elements.
  • Some aspects relate to the principle that electrically conductive structures can force emission of electrical radiation at a dedicated frequency. Accordingly, a concept is proposed here in which a slotted antenna structure is used to induce light emission and to increase the ratio of radiating recombination to a non-radiating recombination in an active region of a semiconductor element. For example, the relationship to the disadvantage of radiating recombination generally changes when m-LEDs become smaller or active areas become smaller.
  • a light-emitting device comprises an electrically conductive structure.
  • the electrically conductive structure forms a slotted antenna structure and has an upper main surface and a lower main surface which is arranged flat with respect to the upper main surface and separated by a layer thickness.
  • a cavity is arranged within the electrically conductive structure.
  • the cavity has a width and a specific length, on which the wavelength of the light generated by the device depends. The width is smaller than the corresponding length of the cavity.
  • the slotted antenna structure comprises a metal plate of a certain thickness, which has a slot or a cavity made therein. Similar to the above, the slot has a width and a specific length.
  • the light-emitting device also comprises a semiconductor layer stack along a first main direction, which is arranged within a cavity and at least over the upper one Main surface extends.
  • the semiconductor layer stack can be an LED nano-column and has a first electrical contact, a second electrical contact and an active region.
  • the active region of the semiconductor layer stack can be placed between the first and the second contact.
  • the active region of the semiconductor layer stack can be implemented by a single pn junction as well as by a quantum well, multi-quantum well or multi-quantum well or any combination of these.
  • the semiconductor layer stack can have a length that is greater than its corresponding width.
  • the semiconductor layer stack can be at least twice longer than wide. It can also be 5 times or up to 10 times longer than it is wide.
  • the length of the cavity is essentially based on n / 2 a wavelength of light to be emitted during operation, where n is a natural number.
  • n is a natural number.
  • the shortening factor is taken into account when it is pointed out that the length of the cavity is essentially based on n / 2 of a wavelength of light emitted during operation.
  • the electrically conductive structure has a distance between the upper and lower main surface (referred to as thickness) that is greater than a thickness of the active region of the semiconductor layer stack.
  • the active area can be inside the cavity and especially between the from the upper main surface and the lower main surface. Such a configuration will place the active area in the cavity, which supports the prerequisite for radiative recombination within the active area.
  • the semiconductor layer stack can be arranged essentially in the center of the cavity. Accordingly, the center of the semiconductor layer stack is arranged essentially at half the length of the cavity.
  • the semiconductor layer stack and the slotted antenna form a dipole structure in which the main emission wavelength is given by approximately twice the cavity length adjusted by the shortening factor.
  • the semiconductor layer stack will be placed toward the end portion of the cavity, for example at an edge of the cavity length.
  • the light-emitting device can have two semiconductor layer stacks arranged at the respective ends of the cavity, as described here.
  • the semiconductor layer stack can extend beyond the electrically conductive structure. It follows that the first and second electrical contacts of the semiconductor S chichtenstapels thereby also over the upper major surface of the o- are respectively attached under the lower major surface corresponding to the semiconductor layer stack may be a so-called vertical stack of layers. Depending on the application, the first contact can be a p-contact and the second contact can be an n-contact or vice versa. Contacting the semiconductor layer stack outside the cavity can simplify the implementation and also reduce undesired effects Forming a cavity to support the emission of visible light requires a cavity length in the range of a few hundred nanometers.
  • the ratio of length to width can be between 30: 1 to 5: 1, in particular between 15: 1 and 5: 1. If the ratio is less than 5: 1, but also for other ratios, a reflective but insulated layer can be provided along the side wall of the semiconductor layer stack, so that light with a component perpendicular to the length of the cavity is reflected. This suppresses light that wants to spread perpendicular to the length of the cavity.
  • the cavity extends through the electrically conductive structure and forms a slot.
  • the slot has a rectangular shape but can also have round edges at its end section due to the manufacturing process.
  • the cavity is more of a recess, with a through hole being placed at the point at which the semiconductor layer stack is arranged.
  • the cavity is partially closed on the lower main surface with the exception of the hole in which the stack is arranged and extends through the electrically conductive structure.
  • the slot can also have a rectangular shape, the semiconductor layer stack being arranged in the common corner point of the two partial slots.
  • Another aspect relates to isolating the electrically conductive structure and separating the structure from the stack.
  • a transparent insulating layer is brought up at least on the upper main surface of the electrically conductive structure.
  • a contact of the semiconductor layer stack is not covered by the insulating material, but either extends over the insulating material or reaches a level of the surface of the insulating material with respect to the electrically conductive structure.
  • the light-emitting device also has a contact layer applied to the transparent insulating layer and in contact with the first electrical contact.
  • the contact layer can also be insulated by another layer which is applied to the contact layer.
  • This layer (or the contact layer) can be structured to improve the emission characteristic of the device.
  • periodic structures such as photonic crystals and the like can be arranged on the upper surface.
  • Other optics such as microlenses and the like can be used.
  • a transparent insulating layer also covers the lower main surface, the other contact of the semiconductor layer stack and the transparent insulating layer forming a substantially flat surface by covering the lower main surface.
  • the electrically conductive structure is not completely covered by an insulating layer, since the structure should be connected to a reference potential in order to act as a slotted antenna. Therefore, the electrically conductive structure also has at least one contact.
  • the electrically conductive structure can have the same potential as a connection of the semiconductor layer stack. The layer stack would then be connected to the electrically conductive structure. On the other hand, it is also possible to impress another potential of the electrically conductive structure.
  • the light emitted by such a device can have a broad spectrum, that is to say that the emission spectrum is centered on a central wavelength (as mentioned above) while also containing other frequency components.
  • the spectrum of emitted light that comes from elements with nominally the same cavity is also broadened.
  • a color filter can be arranged above the upper main surface corresponding to the emission surface.
  • the filter could be a narrow ribbon pass.
  • a converter can be placed over the upper main surface to convert light from a first wavelength to a color of a second longer wavelength. Using a converter enables the light emitting device to be optimized for a given wavelength be and then convert the light to another desired wavelength.
  • Another aspect relates to the implementation of a large number of such light-emitting devices, in particular for the production of an m-LED display together with suitable driver and control circuits.
  • Such an arrangement has at least two light-emitting devices as described above.
  • the at least two devices can now share a common electrically conductive structure.
  • some cavities can be arranged, each of which belongs to a corresponding light-emitting device.
  • the m-LED arrangement can also have a common transparent insulating layer which is applied at least to the upper main surface of the electrically conductive structure. If the electrically conductive structure is a separate one for each light emitting device, the insulating layer can also fill the gaps between the conductive structures of each device.
  • a common filter applied to at least two light-emitting devices or to another structure can be provided. This will provide some redundancy in the event of damage to a light emitting device and will also reduce the complexity of the implementation because the color filter can now be applied over a wider area (compared to a stack and cavity application).
  • at least one of the contact types either the p-contact or the n-contact, is not connected to one another, so that the light-emitting devices can be addressed and controlled separately.
  • some light-emitting devices can have a color filter in order to set the color of the corresponding light-emitting device.
  • These color filters can have different properties. For example, a color filter from the at least two light-emitting devices may have a different bandpass or filter characteristic with respect to a color filter from the other of the two light-emitting devices. Therefore different colors can be achieved. This can be useful when the light emitting devices have a very wide emission spectrum that spans two or more areas of interest. For example, the light emitting devices may have an emission spectrum that covers green and blue components. Appropriate color filters can be used to filter the unwanted part of the spectrum. A similar solution is presented when light emitting devices each have a converter.
  • a converter of one of the at least two light-emitting devices can be different from a converter of the other of the at least two light emitting devices.
  • different colors can be achieved with cavities of the same length; pixels can be easily constructed from 3 or 6 or 9 subpixels of the same cavity, with corresponding converters being arranged above the cavities.
  • Each pixel produced in this way can then share the same electrically conductive structure.
  • Monolithic m-LEDs i.e. m-LEDs, which are grown together on a carrier in columns and rows, therefore offer the possibility of being able to manufacture m-display modules without a component transfer of m-LEDs.
  • m-LEDs For some applications, however, such m-LEDs have to be designed to emit different colors.
  • m-LEDs which emit light in the blue, green and red spectrum, each form an m-pixel. Three or, in the case of redundancy, several such m-pixels form one pixel.
  • m LEDs can be manufactured with different material systems that emit colored light during operation. This makes a monolithic configuration difficult.
  • the term material volume is understood to mean a semiconductor body that is produced on a surface of a carrier.
  • the coated material volumes are carried out with an active layer, so that they are suitable for emitting light.
  • material volumes coated in this way can also be referred to as m-LEDs due to their size.
  • a converter material that is matched to a defined color is brought in between material volumes of a pair. These colors can be red and green, for example.
  • the material volume, or the m-LED thus produced can be designed to emit light of blue color, so that a converter between two material volumes can be omitted here.
  • the converter material is at least halfway between two material volumes that can be electrically controlled at the same time. In some aspects, the converter material also extends partially to the surface of the material volumes. With additional material volumes, redundancy can also be generated, so that even if one volume fails, an emission of light of the desired wavelength is still possible.
  • the material volume can have the shape of an elongated cuboid or an ingot shape. However, other regular polyhedra, e.g. a parallelepiped, straight prism or similar shapes such as truncated pyramids, obelisks, wedges or regular polyhedra are conceivable.
  • an m-LED arrangement in particular for a pixel, is also proposed, the pairs in the form of a polyhedron or a prism comprising coated material volumes on a carrier substrate.
  • a converter material is introduced between a pair of such material volumes, which converts light that is emitted by the material volumes into light of a further wavelength. This conversion is often complete.
  • a core in the form of an ingot is first formed on the carrier substrate, and this epitaxially overgrown with several layers. Suitable photo structures are used for this.
  • a III-V semiconductor system for example based on GaN, can be used as the material system for the core and the individual layers. Since the material volumes in the geometry are defined by epitaxial growth, RGB pixels can be arranged on a very small area. The converter arrangement in the cavity enables redundancy and simple manufacture by means of jetting or dispensing processes. In this way, the m-display can be generated as an RGB display based on a redundant 3D bar arrangement.
  • the material volumes can also be formed monolithically with line structures present in the carrier.
  • a first doped layer and a An active layer is arranged between the first and second layers.
  • the latter can comprise one or more quantum well structures.
  • the first and / or second layer also include current spreading layers, doping gradients or contain further measures to enable the lowest possible resistance and high current densities to the active layer. Further measures, including a current constriction, in order to keep the current away from the edges of the material volumes are described in this disclosure and can be used for the production of the material volumes.
  • an electrical contact to a p-contact area and an n-contact area is made via a metallization.
  • one or both areas can be carried out together, ie the material volumes share one or two common contact areas.
  • a growth layer can be formed on the growth carrier which has areas free of masking to which the number of material volumes can be increased.
  • the growth layer can comprise an n-doping and in particular GaN.
  • the masking can include Si0 2 or SiN.
  • the growth layer can be formed from the same material (eg GaN) as the core of the material volume, depending on the application also doped.
  • the material volumes with their longitudinal axes can be generated parallel to one another and in a geometry that is the same as one another.
  • reflective first metallizations in particular a solder providing, are deposited on the sides of the material volumes covered with the active and the further layers facing away from the growth carrier, whereby, in particular, strip-shaped p-contacts can be formed.
  • a solder metallization layer is deposited on a main surface of a flat carrier, the solder metallization layer on the p-contacts forming first metallizations of the material volumes can be connected, in particular bonded.
  • the growth layer is removed in some areas, in particular by etching (RIE (reactive ion etching) or ICP (inductively coupled plasma etching).
  • RIE reactive ion etching
  • ICP inductively coupled plasma etching
  • a passivation is deposited on the exposed areas of the growth, which covers the surfaces of the exposed areas In this case, areas are either left blank or the passivation is opened again. The latter opening takes place in some aspects along the longitudinal axes of the material volumes on their surfaces facing away from the carrier. Then second metallizations are formed on the stripes, forming n-contacts disclosed areas of the material volumes applied.
  • the side walls that have been passivated are coated with a metallization. This becomes reflective, so that light is reflected back from there.
  • these side wall mirror metallizations can alternately be turned away from one another and produced facing one another. In such configurations, it is provided to fill up the free space with a converter material for two adjacent coated material volumes in which the side wall mirror metallizations are produced facing away from one another.
  • the side wall mirror metallizations and as third metallizations deposited metallic interconnections an electrical connection to, in particular strip-shaped, n-contact areas deposited as fourth metallizations are formed. These can be on the same side of the carrier be. Alternatively, plated-through holes are provided, contact areas on a side facing away from the metal volumes.
  • the vias are electrically isolated from the solder metallization layer and the carrier by means of a passivation layer.
  • p and n ranges can also be interchanged.
  • the p-contact vias can be formed in the area of a respective converter material.
  • Al or Ag or other suitable materials can be used as metallizations.
  • m-rods are constructed as columns and also contain an active layer that extends along the longitudinal axis over the surface and thus radiates light in all directions during operation.
  • Such m-Rods can be generated multiple times on a carrier by means of self-organization or orientation-dependent crystal growth.
  • the rather small structures allow m-LEDs to be manufactured, in particular for m-displays, whereby only epitaxial process parameters need to be changed.
  • m-Rods of the type mentioned show spatial dimensions in the range less in the [pm] - up to and including in the nanometer range.
  • the cover electrode which is shown below, can be provided. Another possibility is described as follows. This is based on the principle of separating the m-Rods and then aligning and contacting them parallel to a substrate. This creates horizontally aligned m-rods, each of which forms a sub-pixel.
  • an electronic component and in particular an m-LED, is proposed, in which an m-rod which runs essentially parallel to a carrier is connected to a carrier.
  • the m-rod has an elongated core with a first doping, the core being coated on the outside from a layer sequence from a first longitudinal end to a second longitudinal end free of the layer sequence.
  • the layer sequence also includes an active layer, which in some aspects can include quantum well structures or the like.
  • a special doping or other measures as disclosed in this application can be used to restrict a current to low-defect regions of the active layer.
  • the m-rod is electrically and mechanically connected at the first longitudinal end by means of the layer sequence and a first contact to a first contact area of the carrier, and at the second longitudinal end by means of the core and a second contact to a second contact area of the carrier electrically and mechanically .
  • the layer sequence is electrically isolated by means of a mask to the second contact.
  • the m-rod is thus arranged elongated and essentially parallel to the carrier.
  • an m-rod is produced in a first step, which at its first end and at its second end is contactable, the ends contacting differently doped layers.
  • This generation can be carried out in essential steps by epitaxial material deposition.
  • the m-rod thus has an elongated core with a first doping, the core outwardly from one or more layer sequences from a first longitudinal end to a second one free of the layer sequence Longitudinal end, especially epitaxially, was grown.
  • the m-rod thus produced is then arranged essentially parallel to a carrier.
  • the layer sequence having a first contact is electrically and mechanically connected to a first contact region of the carrier.
  • the core is electrically and mechanically connected to a second contact area of the carrier by means of a second contact.
  • the layer sequence is electrically insulated from the second contact by means of an insulation layer.
  • m-Rods can be produced that emit light of different wavelengths during operation.
  • Quantum wells or quantum wells can be provided in the active layer.
  • the m-rod can be designed, for example, as a polyhedron, prism, pyramid or wedge along the longitudinal axis. It can include four or six corners in cross section.
  • the m-rod can be covered by an additional converter material or, in the further processed state, by it, so that emitted light is converted. If the m-Rod is parallel to the carrier along its longitudinal axis, it may be useful to apply a reflective layer between the carrier and the m-Rod in some aspects.
  • a carrier has a reflector structure encircling an m-LED, so that light from the m-LED arranged inside is deflected by the reflector structure.
  • a reflector structure can also be arranged around groups of or each m-rod arranged on the carrier.
  • three m-rods forming a group are arranged in parallel on the carrier and connected electrically and mechanically to the contact regions of the carrier.
  • the m-Rods can each be designed to emit red, green or blue light. These form a pixel. Several such arrangements can be seen in rows and columns before to form an m-display. As mentioned above, the diameters of the m-Rods for red, green and blue light can be different. The m-Rods are so different in size. By permutating the m-Rods at several pixels, visual artifacts can be reduced due to the periodicity.
  • the first contact in particular a p-contact
  • the first contact can be made in various ways at the first longitudinal end of a respective m-rod facing away from the insulation layer. This includes epitaxial growth, in particular by means of a seed layer that is photostructured using oxygen plasma etching.
  • the contact can also be formed by sputtering.
  • at least one contact plane is formed on the first contact as a contact surface to the first contact region of the carrier.
  • the second contact is generated in a similar manner. As already briefly indicated with the m-Rods, these can be generated by a certain self-organization.
  • the crystal orientation is used to produce a directed crystal growth.
  • a mask with hexagonal openings is used for the lateral epitaxial overgrowth, which is aligned with the ⁇ ll-00> or ⁇ 112-0> direction of GaN.
  • AlInGaP-based semiconductor structures on GaAs it is proposed to apply the orientation of opposite corners of the hexagonal openings of the mask with an angle error of less than 10 ° to the ⁇ 110> direction of (001) n-GaAs.
  • the angle error should be less than 15 ° to the ⁇ 112> direction of (111) n-GaAs as the epitaxial substrate.
  • the approaches used cannot be used, or can only be used to a limited extent, for very small structures, in particular in the region of less than 70 pm edge length.
  • the methods disclosed below also allow small m-LEDs or optoelectronic semiconductor arrangements to be specified which have a high degree of efficiency with regard to the ratio of luminous flux and absorbed electrical power.
  • an m-LED can form part of an m-display in monolithic form or as individual pixels.
  • the starting point of the concept proposed here is an optoelectronic semiconductor arrangement comprising a three-dimensional light-emitting heterostructure with a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer, the first and the second conductive semiconductor layer having different dopings.
  • the light-emitting heterostructure comprises aluminum gallium arsenide (Al xG ai x As) and / or aluminum indium gallium phosphide ( AlInGaP ) and / or aluminum gallium indium phosphide arsenide and is through
  • the molding layer includes a ⁇ 110 ⁇ oriented side surface.
  • a flat top surface ⁇ 111 ⁇ can optionally be provided.
  • the molded layer which forms the basis for the production of the three-dimensional light-emitting heterostructure, should be selectively epitaxially deposited on a gallium arsenide (111) B epitaxial substrate.
  • a gallium arsenide (III) B epitaxial substrate is understood to mean a carrier substrate for selective epitaxy which consists of gallium arsenide with a (111) -oriented surface used for the epitaxial growth according to the Miller indexing, the surface being terminated by Arsenic atoms is formed.
  • the gallium arsenide (111) B epitaxial substrate can be used doped or undoped.
  • the controllability of the selective epi taxie is improved, which is attributed to a higher volatility of the arsenic atoms.
  • gallium arsenide (111) B Due to the arsenic termination of gallium arsenide (111) B, it is expected that a sufficient number of evenly distributed As defects, which improves the nucleation, so that the initial phase of the epitaxial layer formation can advantageously be controlled by externally adjustable epi taxie process parameters, such as the temperature and the supply of the starting materials.
  • the material used is preferably gallium arsenide and / or aluminum gallium arsenide and / or the aluminum gallium indium phosphide.
  • the material of the molded layer can be undoped, n-doped or p-doped.
  • a Bragg mirror stack with a sequence of SiO x and SiN x layers is also epitaxially created within or on the molded layer.
  • a lithographically structured dielectric layer serves as the mask on the gallium arsenide (III) B epitaxial substrate.
  • the openings in the mask are selected such that the base area of the molded layer preferably has an edge length of 50 nm to 100 ⁇ m.
  • the shape of the mask structure and its orientation relative to the crystal direction of the gallium arsenide (111) B epitaxial substrate supports the formation of at least one ⁇ 110 ⁇ oriented side surface of the molding layer.
  • a molded layer is in the form of a three-sided pyramid, the side faces of (-1-10), (-10-1) and
  • the molded layer has, in addition to the side surfaces with the orientation (-1-10), (-10-1) and (0-1-1), a cover surface with the orientation (-1-1-1 ), so that for a further preferred exemplary embodiment there is a molded layer which is designed as a three-sided truncated pyramid.
  • the proposed method leads to a precise, epitaxially grown molded body with a defined contour and low internal tensions and a reduced number of lattice defects, on which the light-emitting heterostructure based on aluminum gallium arsenide (Al xG ai x As) and / or aluminum indium gallium phosphide ( AlInGaP) is grown epitaxially.
  • the invention leads to an edging of the edge regions of the light-emitting heterostructure, in which at least the active layer can extend to the mask acting as an electrical insulator for selective epitaxy.
  • the mask can include SiO x , SiN x or SiO x N y . This creates a closed light-emitting heterostructure without the installation of an additional passivation at the edge area, which reduces the non-radiating recombination and thus increases the efficiency of the light generation.
  • the molded layer can therefore be formed flat with a cover layer parallel to the substrate with (111) orientation.
  • a molded layer with a transverse dimension parallel to the epitaxial substrate of less than 20 gm and a vertical dimension perpendicular to the epitaxial substrate of less than 5 gm is preferred.
  • the molded layer can be reworked after the selective epitaxial growth by means of a wet chemical treatment.
  • the contouring of the molded layer is carried out exclusively by selective epitaxial growth.
  • the light-emitting heterostructure based on aluminum gallium arsenide (Al xG ai- x As) and / or aluminum indium gallium phosphide (AlInGaP)
  • Al xG ai- x As aluminum gallium arsenide
  • AlInGaP aluminum indium gallium phosphide
  • the optoelectronic semiconductor structure is supplemented by light-conducting, contact and passivation layers. Designs are possible for which the main emission direction takes place in the growth direction of the layer stack of the semiconductor arrangement or counter to the growth direction.
  • light can be coupled out on the p- or on the n-side of the light-emitting heterostructure. Further measures for light guidance, collimation or conversion into another color are disclosed in this application.
  • a transparent contact layer for the second conductive semiconductor layer for example a layer of indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the ITO layer is deposited over the entire top of the light-emitting heterostructure.
  • DBR Bragg mirror stack
  • the easiest way to make electrical contact with the first conductive semiconductor layer of the light-emitting heterostructure from below is by means of a conductive gallium arsenide (111) B epitaxial substrate applied with the corresponding doping and a selectively epitaxially grown and likewise doped shaped layer.
  • a conductive gallium arsenide (111) B epitaxial substrate applied with the corresponding doping and a selectively epitaxially grown and likewise doped shaped layer.
  • a matrix arrangement of the light-emitting heterostructures is processed in parallel, this can be used as a matrix for an m-LED display, depending on the process used.
  • the structures are created monolithically arranged in rows and columns.
  • the heterostructures can be separated in groups or individually by a laser separation process or the like without damaging the active layers protected at the edges by the masking layer.
  • Light sources separated in this way can form m-LEDs which have extensive contact areas and, in the simplest case, can be placed on complementary contact areas of an IC chip without separate wire bonding.
  • the active layer with quantum wells is locally limited and is applied in the area of the ⁇ 110 ⁇ -oriented side surfaces or a (111) -oriented cover surface.
  • An opaque metallization can be provided over the non-emitting sections of the heterostructure, which for example forms a ring contact. Furthermore, additional passivation and carrier layers can be present. Light guide structures on the exit windows are also conceivable, in the simplest case surface roughening to increase the coupling rate. A joint processing can also be used to create a surface, in which case additional processing is carried out in order to form collimators, photonic crystals or other elements, for example, which further improve a radiation characteristic.
  • the gallium arsenide (111) B epitaxial substrate and at least part of the molded layer are first removed and in a further step a transparent contact layer below the light-emitting heterostructure is applied.
  • a light source is suitable for IC chip assembly with bonding.
  • a temporary support above the three-dimensional light-emitting heterostructure is used to remove the gallium arsenide (111) B epitaxial substrate and the molding layer. These layers on the underside are replaced by a metallization and a carrier substrate. Then the temporary support can be replaced by an upper passivation and light guide structure.
  • Such an embodiment is suitable for designs which are contacted by two-time bonding on an IC chip.
  • defect density affects the efficiency of a light-emitting diode both at high and low current densities and, together with the current density, makes an important contribution to aging (and thus a reduction in the efficiency of the light-emitting diode).
  • a requirement for applications in the automotive sector is that m-displays and their individual pixels have sufficient luminosity, ie they can carry relatively high current densities.
  • a high contrast range is important for augmented reality applications, ie the m-LEDs of a display should have both high and low current densities coping well. Accordingly, the efficiency should be high even at low currents or be increased.
  • the defect density in the active layer in particular to reduce it in the edge region, or to keep the charge carriers away from the edge region.
  • One measure to improve low-current behavior is quantum well intermixing, which is used in various aspects in the manufacture of active semiconductor components.
  • the band gap in this region is changed by exchanging lattice atoms between the active layer designed as a quantum well and the barrier material surrounding it. This exchange process can take place particularly effi ciently if suitable interfering atoms, in particular doping atoms, are specifically introduced into the semiconductor. This changes the band gap in the area covered by the exchange process, so that the charge carriers feel a force that can have a repulsive effect.
  • dopants can be used for this purpose, which migrate into the active layer through a diffusion process and cause quantum well intermixing there.
  • This method has also been successfully tested for optoelectronic components based on III-V semiconductors such as Ga, In, Al and P, As.
  • a method for producing a semiconductor component in particular an m-LED, is proposed, in which a semiconductor structure is provided in a first step.
  • This semiconductor structure can be produced, inter alia, by growth of differently doped layers and / or layers of different material composition and has, among other things, a first n-doped layer, a second p-doped layer and an active layer arranged therebetween with at least one quantum well on.
  • the p-doped layer was provided with a first dopant for doping.
  • a structured mask is applied to the semiconductor structure and in particular to the p-doped layer.
  • the mask is intended to protect a portion of the active layer provided for generating electromagnetic radiation from the introduction of the second dopant.
  • the mask material can either be formed by a dielectric (silicon oxide, silicon nitride, ...), metal (Ti, ...) or semiconductor material.
  • the p-doped layer not covered by the structured mask is then doped with a second dopant by a diffusion process with first process parameters. The process parameters and the mask material are selected in such a way that quantum well intermixing is generated in areas of the active layer above which no area of the structured mask lies.
  • the masking creates a relatively sharp lateral transition area in the intermixing of the at least one quantum well, so that the degree of intermixing in the quantum well decreases sharply at the limit specified by the mask. This creates a relatively large change in the band gap of the quantum well.
  • the diffusion process is followed by a last temperature step in which second process parameters are set which differ from the first process parameters.
  • the semiconductor is now subjected to a healing step with these second process parameters.
  • This subsequent healing step with other process parameters and without a second dopant is designed in such a way that the significant improvement in low-current efficiency achieved with the first step is maintained over a longer operating period.
  • the inventors have recognized that the process of supplying the second dopant in the first process parameters is of primary importance both for the generation of quantum well intermixing and for the subsequent degradation.
  • Atoms of the second dopant diffuse in the semiconductor layers and stack into the active layer or the quantum well and can replace atoms of the original crystal lattice there. These are either atoms of the first dopant, but also atoms of the actual lattice material. The atoms displaced on the interstitial sites are mobile, and it is believed that these play a significant part in the degradation of the optoelectronic component.
  • An additional annealing step with simultaneously changed process parameters during which the dopant is no longer fed in a subsequent decrease in efficiency is reduced.
  • suitable environmental conditions are provided for the healing step by offering a support pressure with an element forming the crystal lattice (for example by providing a suitable precursor).
  • the lattice atoms displaced by the second dopant are offered a possibility of reaction on the surface of the semiconductor and the free mobility of these atoms is thereby prevented.
  • the displaced lattice atoms are, for example, Group III atoms
  • this process can preferably be started by supporting pressure with a Group V element.
  • the interstitial atoms generated by the diffusion process therefore diffuse to the surface during the healing step according to the invention and are bound there. By reducing the number of interstitial atoms participating in the degradation mechanism, the life of the component increases considerably.
  • the precursor in a healing step, can be added at the beginning or only after the second process parameters have been reached.
  • the concentration of the precursor can also change during the healing step, so that sufficient precursor material is available for saturating the lattice atoms displaced by the dopant.
  • this precursor can in particular comprise the elements phosphorus or arsenic, especially in compounds such as PH3, ASH3 TBAs or TBP.
  • the parameters include at least one of the following parameters or a combination thereof: temperature, temperature change over one defined period, pressure, pressure change over a defined period, composition and flow of a gas, in particular a precursor, and the duration of the annealing step.
  • the second process parameters include a defined second temperature, which is higher than the temperature during the supply of the second dopant.
  • a temperature during the annealing step is higher than a temperature during the generation of the quantum well intermixing.
  • the time periods of doping and healing can also be different.
  • a second dopant is used, which is different from the first dopant.
  • Zn can be used as the second dopant.
  • a III-V semiconductor material is used as the material system for the semiconductor structure, for example. This can have at least one of the following material systems: InP, AIP, GaP, GaAlP, InGaP, InAlP, GaAlP or InGaAlP. Other III-V semiconductors can also be considered as material systems, for example with As.
  • an optoelectronic component comprises a semiconductor structure with an IIIV semiconductor material.
  • the semiconductor structure has an n-doped layer, a p-doped layer and an active layer arranged therebetween with at least one quantum well.
  • the p-doped layer comprises a first dopant.
  • the component has a light-generating region, in particular a central region in the active layer, which is laterally surrounded by a second region in the active layer.
  • the band gap of the second region is larger than that of the central region, since a second dopant is introduced into the second region, which has caused quantum well intermixing in the at least one quantum well of the active layer lying in the second region.
  • a structured mask is arranged on the p-doped layer so that it covers a first partial area of the p-doped layer.
  • a second dopant is introduced, which produces quantum well intermixing in the active layer arranged under this portion.
  • the size of the mask is essentially the same size as the first partial area.
  • a method for producing a semiconductor component in particular an optoelectronic component or an m-LED, is proposed, in which a semiconductor structure is provided in a first step.
  • This semiconductor structure can be produced, inter alia, by growth of differently doped layers and / or layers of different material composition and has, inter alia, a first n-doped layer, a second p-doped layer and an active layer with at least one arranged in between Quantum well.
  • the p-doped layer was provided with a first dopant for doping.
  • a structured mask is applied to the semiconductor structure and in particular to the p-doped layer.
  • the mask is intended to protect a portion of the active layer provided for generating electromagnetic radiation against the penetration of a second dopant.
  • the mask material can be formed either by a dielectric (silicon oxide, silicon nitride, ...), metal (Ti, ...) or semiconductor material.
  • the p-doped layer not covered by the structured mask is then doped with the second dopant, so that quantum well intermixing is generated in regions of the active layer above which no region of the structured mask lies.
  • the p-doped layer can be doped with the second dopant by gas phase diffusion using a precursor with the second dopant. In other processes, the precursor is thermally broken down in a gas phase reaction, the dopant is absorbed on the semiconductor surface and diffused into the semiconductor, and a quantum well intermixing is generated. Since all these sub-processes have different temperature dependencies, the temperature range in which efficient quantum well termixing can be implemented is severely restricted (typically for InP or GaAs-based semiconductors: 520 +/- 20 ° C).
  • the step of applying the dopant by means of precursors and of diffusing in is now specified.
  • This precise process sequence has the following steps:
  • the process control of doping with the second dopant has a significant influence on reducing the charge carrier concentration in the areas in which a reduction in the luminous efficiency induced by impurities takes place over a longer period of time.
  • the process control can increase the doping barrier in the active layer below the mask edge.
  • the step of diffusing the dopant-containing precursor in the gas phase is explicitly divided into the steps:
  • the temperature can be freely selected for the diffusion step with the generation of the quantum well intermixing, and in particular can be increased to values at which surface coverage by the second dopant is no longer possible due to excessive desorption (> 520 ° C.).
  • the second dopant is of the same doping type as the first dopant and is formed, for example, from Zn, Mg, etc.
  • the amount of the second dopant deposited can be selected such that it diffuses essentially completely into the p-doped layer during the diffusion process at a second temperature. Thus, only an amount sufficient for the diffusion and generation of a quantum well intermixing is provided, but not beyond that.
  • the amount of the second dopant deposited is selected, for example, such that a barrier for the lateral diffusion of charge carriers, which is formed from a charge, is formed in areas of the active layer over which no area of the structured mask lies Barrier created by the second dopant and a barrier caused by quantum well intermixing.
  • the amount of the second dopant is selected such that in regions of the active layer above which no region of the structured mask lies, a barrier for the lateral diffusion of charge carriers produced by the second dopant is larger than that by the Barrier caused by quantum intermixing.
  • the amount of the second dopant can also be chosen such that the band gap in the active layer in the areas which lie under the structured mask is smaller than the band gap in the active layer in the areas above which no area of the structured Mask lies.
  • the doping process is followed by a last temperature step at a third temperature that is higher than the second temperature. Without further supply of the second dopant, the semiconductor now undergoes a healing step subjected to this third temperature.
  • This subsequent annealing step with a higher temperature and without a second dopant is designed in such a way that the significant improvement in low-current efficiency achieved with the doping process is maintained over a longer operating period.
  • the inventors have recognized that the process of supplying the second dopant at a first temperature and the subsequent diffusion of the second dopant at a second temperature are both causal for the generation of the quantum well intermixing and also important for the subsequent degradation.
  • Atoms of the second dopant diffuse into the semiconductor layer stack and into the active layer or the quantum well and can replace atoms of the original crystal lattice there. These are either atoms of the first dopant, but also atoms of the actual lattice material.
  • the atoms displaced on the interstitial sites are mobile and it is assumed that these have a significant share in the degradation of the optoelectronic component.
  • An additional annealing step at a higher third temperature at the same time and during which no further dopant is added reduces the subsequent reduction in efficiency.
  • suitable environmental conditions are provided for the healing step by offering a support pressure with an element forming the crystal lattice (for example by providing a suitable further precursor).
  • the lattice atoms displaced by the second dopant are offered a possibility of reaction on the surface of the semiconductor and the free mobility of these atoms is thus prevented.
  • the displaced lattice atoms are, for example, Group III atoms, this process can be started by a support pressure with a Group V element.
  • the healing process accordingly comprises the steps: providing a further precursor which comprises an element from the fifth main group, in particular P or As; and / or forming a layer of a III-V semiconductor material on the surface of the p-doped layer.
  • the precursor in a healing step, can be added at the beginning or only after the second process parameters have been reached.
  • the concentration of the precursor can also change during the healing step, so that sufficient precursor material is available for saturation of the lattice atoms displaced by the dopant.
  • this further precursor can include in particular the elements phosphorus or arsenic, especially in compounds such as PH3, ASH3, TBAs or TBP.
  • the parameters include at least one of the following parameters or a combination thereof: temperature, temperature change over a defined period during one of the aforementioned steps, pressure, pressure change over a defined period during one of the aforementioned steps, composition and flow a gas, in particular a precursor, and the duration of the annealing step.
  • the process parameters include a defined first temperature during the supply of the second dopant, which is selected such that there is essentially no diffusion of the second dopant into the p-doped layer during the deposition of the second dopant on the p-do- Tiert layer takes place, a second temperature during the diffusion process of the second dopant, for example, is higher than the first temperature, and a third temperature during the annealing step, which in turn is higher than the second temperature.
  • a temperature during the annealing step is greater than the two temperatures during the generation of the quantum well intermixing.
  • the time periods for supplying the second dopant, the diffusion process and the annealing can also be different.
  • a second dopant is used, which is different from the first dopant.
  • Zn or Mg can be used as the second dopant.
  • a III-V semiconductor material is used as the material system for the semiconductor structure, for example. This can have at least one of the following material combinations: InP, AIP, GaP, GaAlP, InGaP, InAlP, GaAlP or InGaAlP. Other III-V semiconductors can also be considered as material systems, for example with As.
  • an optoelectronic component comprises a semiconductor structure with a III-V semiconductor material.
  • the semiconductor structure has an n-doped layer, a p-doped layer and an active layer arranged therebetween with at least one quantum well.
  • the p-doped layer comprises a first dopant.
  • the component has a light-generating region, in particular a central region in the active layer, which is laterally surrounded by a second region in the active layer is.
  • the band gap of the second region is larger than that of the central region, since a second dopant is introduced into the second region, which has caused quantum well intermixing in the at least one quantum well of the active layer lying in the second region.
  • barriers are formed in the active layer, which limit lateral movement of charge carriers in the quantum well in the active layer of the optoelectronic component to this first area of the active layer. For example, this largely prevents current for operating the optoelectronic component from flowing in the edge regions of the optoelectronic component, that is to say through the second region which closes the first region. As a result, a non-radiative recombination of charge carriers is caused by non-radiative recombination centers or a high non-radiative surface recombination in the second region, which thus leads to improved performance of the components.
  • a structured mask is arranged on the p-doped layer so that it covers a first partial region of the p-doped layer.
  • a second dopant is introduced, which produces quantum well intermixing in the active layer arranged under this portion.
  • the size of the mask is essentially the same size as the first partial area.
  • a material displaced by the second dopant on interstitial sites is divided into parts of the Surface covering layer converted.
  • the diffusion process during the healing process appears to remove the material from interstitial sites, so that it no longer leads to non-radiating recombination centers in the quantum well and thus does not decrease the efficiency of the optoelectronic component even over a long period of time.
  • a layer of a III-valued material of the III-V semiconductor material and an element made of a precursor material, in particular P or As, is formed on a surface of the intermixed portion of the p-doped layer.
  • an optoelectronic component which comprises an n-doped first layer, a p-doped second layer mixed with a first dopant and an active layer.
  • the latter is arranged between the n-doped first layer and the p-doped second layer and has at least one quantum well.
  • the active layer can be subdivided into at least two regions which, in particular, adjoin one another.
  • the second area is arranged concentrically around a first area, in particular an optically active area, and has quantum well intermixing.
  • the concentric arrangement of quantum well intermixing around the optically active area in accordance with this aspect means that the first area, in particular optically active area, is completely surrounded by the second area and the two areas are arranged around a common center of their respective area.
  • the manufacturing tolerances however, a slight deviation of the centers from one another and a deliberate shift are also conceivable.
  • the inventors have recognized that the introduction of the impurities and the quantum well intermixing probably depend on the open area offered, through which the substance to be diffused is introduced.
  • the corner areas have a higher impurity concentration or quantum well intermixing than, for example, the areas in the middle the side lengths. This effect is undesirable in some situations and is avoided by the chosen concentric arrangement, since the absence of a corner in such a position does not lead to such a larger diffusion.
  • Quantum well intermixing can be generated by doping the second region with a second dopant such as magnesium, zinc, or cadmium (Mg, Zn, Cd).
  • a second dopant such as magnesium, zinc, or cadmium (Mg, Zn, Cd).
  • Mg, Zn, Cd cadmium
  • this is not intended to be a restrictive selection for a dopant, but any further dopant of the same type that is conceivable to the person skilled in the art can be used for the doping.
  • the optoelectronic component comprises a second dopant, which is arranged substantially uniformly in the second region.
  • quantum well intermixing is largely prevented in the first area, in particular optically active area. More specifically, according to this aspect, there is no quantum well intermixing in the first area. Accordingly, after the diffusion process, there is largely no second animal substance arranged in the first region. This aspect can also be realized by the aforementioned measures.
  • barriers are formed in the active layer, which limit lateral movement of charge carriers in the quantum well in the active layer of the optoelectronic component to this first area of the active layer. For example, this largely prevents current for operating the optoelectronic component from flowing in the edge regions of the optoelectronic component, that is to say through the second region which closes the first region. As a result, a non-radiative recombination of charge carriers is caused by non-radiative recombination centers or a high non-radiative surface recombination in the second region, which thus leads to improved performance of the components.
  • the two regions are at least approximately circular.
  • the absence of corners means that impurities are more uniformly diffused into the second area and no local maxima induced by corners are formed.
  • the circular design, or the approximately circular design of the two areas thus has the effect that the concentration of the introduced impurities along the circumference of the two areas is as homogeneous as possible. This in turn means that performance losses due to surface recombination are reduced in the second area.
  • circular means that a polygon with a number of corners greater than or equal to 6 corners is also possible, for example 8, 10 or more corners, since a positive effect of increasing the performance of the optoelectronic component has already been recognized for this shape.
  • the handle can also include elliptical, oval and other rounded convex shapes.
  • the diffusion process for producing quantum well intermixing in the second region can mean that the second dopant not only in the active layer in the second region, but also in the second p-doped layer and also at least partially in one adjacent to the active layer Area of the n-doped layer is formed.
  • this is not necessarily to be understood as meaning that the regions in the second p-doped layer and in the first n-doped layer in which the second dopant is formed are congruent with the second region in the active layer, but also one Congruence is possible.
  • an optoelectronic component and, in particular, an m-LED are proposed, in which the second region changes one in the has a substantially uniform band gap.
  • the second loading area is arranged concentrically around a first area. This means that in this area the band gap energy has a largely constant value and only towards the edges of the area the band gap becomes larger or smaller or has an increase or decrease in the band gap energy.
  • the at least one quantum well in the first region in particular in the optically active region, however, has a smaller band gap than the second region.
  • the barrier created according to one of the above-mentioned aspects between the first and the second region results accordingly.
  • the transition between the two band gaps can be possible both as a step with a sharp edge and as a smoothly flowing transition.
  • the at least one quantum well in the first region in particular optically active region, has essentially no quantum well intermixing and there is therefore essentially no second dopant in this region either.
  • m-LEDs are usually produced as a variety of such structures at the wafer level.
  • the manufacture can be monolithic, or the m-LEDs can be used for later separation.
  • quantum well intermixing can also act as a barrier against electrical crosstalk; in the latter case, the later areas forming the edge can be changed during production by means of quantum well termixing.
  • a semiconductor structure is presented which comprises an n-doped first layer, a p-doped second layer mixed with a first dopant and an active layer.
  • the active layer can be divided into a plurality of first areas, in particular optically active areas, and at least one second area.
  • the plurality of first optically active areas and the at least one second area are in particular adjacent to one another.
  • the plurality of first regions are arranged spaced apart from one another in a hexagonal pattern and are enclosed by the at least one second region, which has a QWI.
  • a region of the multiplicity of first, in particular optically active, regions of the semiconductor structure can, for example, form part of an optoelectronic component.
  • the semiconductor structure can be formed from a large number of individual optoelectronic components, which can then be separated by, for example, an etching process through the epitaxial layers or by laser cutting and then removing the substrate.
  • the plurality of first areas is, for example, circular. In comparison to a square m-LED structure, the absence of corners means that the introduction of defects and the quantum well intermixing takes place more homogeneously along the edges of the later m-LED.
  • circular means that a polygon with a number of corners greater than or equal to 6 corners is also possible, for example 8, 10 or more corners, since a positive effect of increasing the performance of an optoelectronic component can already be recognized for this shape.
  • circular can also include elliptical, oval and other rounded convex shapes.
  • the semiconductor structure comprises a second dopant, in particular a dopant different from the first dopant arranged in the p-doped second layer, which is arranged substantially uniformly in the at least one second region.
  • the introduction of impurities and thus quantum well intermixing depends on the size of the open area over which the substance to be diffused is introduced.
  • larger areas that is local maxima with a higher impurity concentration than in the areas, are formed on the semiconductor structure that lie directly between two adjacent first optically active areas.
  • a semiconductor structure which comprises an n-doped first layer, a p-doped second layer mixed with a first dopant and an active layer.
  • the latter is arranged between the n-doped first layer and the p-doped second layer and has at least one quantum well.
  • the active layer can be subdivided into a plurality of first areas, in particular optically active areas, at least one second area and at least one third area. The large number of optically active areas and the at least one second area are particularly contiguous.
  • the plurality of first optically active regions are arranged spaced apart from one another in a hexagonal pattern and are enclosed by the at least one second region, which has a QWI.
  • the at least one third region is arranged in the spaces between the plurality of first optically active regions and the second region and in particular borders on the at least one second region.
  • the active layer is subdivided into at least one third region.
  • the at least one third area is arranged such that the areas in which local maxima with a higher impurity concentration would occur in accordance with the aspect described above are made inaccessible to quantum well intermixing, for example by applying a mask, and in these areas, such as Therefore, in the large number of first optically active areas, there is largely no quantum well intermixing. Accordingly, after the diffusion process is in the at least one third area as well largely no second dopant is arranged in the large number of first optically active regions.
  • the at least one second area surrounds the plurality of first optically active areas in such a way that each of the plurality of first optically active areas is concentrically surrounded by part of the at least one second area or in each case individually by one of a plurality of second areas.
  • the at least one second region results, for example, from coherent ring segments, which are each arranged around one of the multiplicity of first optically active regions, or from a multiplicity of annular individual surfaces, each concentrically arranged around one of the multiplicity of first optically active regions are.
  • the term ring-shaped can also include circular, elliptical, as well as oval and other rounded convex shapes, which are arranged essentially concentrically around the multiplicity of first optically active areas and enclose them in their entirety.
  • the at least one third area adjoins the at least one second area.
  • the at least one third region can have a coherent network-like surface which is arranged around the plurality of annular second regions.
  • a multiplicity of third regions can also at least approximately represent the shape of a deletoid curve. This can be formed, for example, by exactly three second regions arranged in a triangle, which are at least approximately circular or ring-shaped.
  • the number of third areas can be circular and each in the middle of three triangular first areas, which are at least approximately circular.
  • the decisive factor in the arrangement of the at least one third area is that local maxima with a higher impurity concentration in the second area are reduced during the diffusion process, for example by applying a mask, such as a dielectric or, for example, a photoresist mask, so that the diffusion pattern is as homogeneous as possible to achieve in the semiconductor structure.
  • a mask such as a dielectric or, for example, a photoresist mask
  • the quantum well intermixing can be produced by doping the second region with a second dopant such as magnesium, zinc, or cadmium (Mg, Zn, Cd).
  • a second dopant such as magnesium, zinc, or cadmium (Mg, Zn, Cd).
  • Mg, Zn, Cd magnesium, zinc, or cadmium
  • the diffusion process for producing the quantum well intermixing in at least one second region can have the consequence in a further aspect that the second dopant not only in the active layer in the second region, but also in the second p-doped layer and also at least partially in one region of the n-doped layer adjacent to the active layer is formed.
  • this is not necessarily to be understood in such a way that the regions in the second p-doped layer and in the first n-doped layer in which the second dopant is formed are congruent with the at least one second region in the active layer, but a congruence is also possible.
  • a semiconductor structure is proposed in which the at least one second region has an essentially uniform band gap produced by the quantum well intermixing. This means that in this area the energy of the band gap has a largely constant value and only towards the edges of the area the band gap becomes larger or smaller.
  • the at least one quantum well in the plurality of first optically active regions and in the at least one third region has a smaller band gap than that in the at least one second region. Accordingly, the barrier created according to one of the above-mentioned aspects results between the plurality of first optically active areas and the second area and between the at least one third area and the second area.
  • the transition between the band gaps can be possible both as a step with a sharp edge and as a smoothly flowing transition.
  • the plurality of first optically active areas and the at least one third area have an essentially identical band gap. This results, among other things, from the fact that the at least one quantum well in the plurality of first optically active regions and in the at least one third region has essentially no quantum well intermixing and therefore essentially no second dopant occurs in these regions.
  • the semiconductor structure which can be formed from a large number of individual optoelectronic components, is separated according to a further aspect by, for example, an etching process through the epitaxial layers or by laser cutting and subsequent substrate removal into the large number of optoelectronic components.
  • the section of each of the multiplicity of optoelectronic components is circular, for example, and comprises at least one of the multiplicity of first optically active regions, and also a section of the at least one second region.
  • the first optically active area and the second area are in particular arranged concentrically in the circular cutout. Accordingly, it follows that the at least one third area of the semiconductor structure is not part of the large number of individual optoelectronic components and thus in particular represents the reject of the singulation process.
  • an optoelectronic component in particular a vertical p-LED for a monolithic p-display, is proposed.
  • This has a layer stack in which an active layer runs in one plane.
  • a main direction of movement of charge carriers, ie electrons and holes, runs perpendicular to this plane and through the active layer.
  • the desired radiative recombination takes place in the latter.
  • the defect density is higher in the peripheral edge of the active layer, as a result of which these defects can lead to a non-radiative recombination.
  • a magnetization element is accordingly provided.
  • the vertical m-LED comprises a layer stack in which layers extending along an XY plane are stacked together along a Z axis perpendicular to the XY plane, a main direction of movement of charge carriers along the Z axis, and in particular this runs in the middle through XY cross-sectional areas of the layer stack.
  • the method comprises the step of generating magnetic field lines, by means of which the charge carriers are kept away from edge regions of XY cross-sectional areas of the layer stack.
  • magnetic effects are used to effectively influence a lateral distribution of a current flow within an m-LED.
  • This is intended to keep charge carriers (i.e. electrons or possibly holes) away from an edge region of the active layer.
  • a kind of electron lens is thus realized. In this way, scalability to smaller chip sizes can be made possible. Non-radiative recombinations at the chip edges are reduced in this way.
  • the magnetization element in the area of an active layer and / or counter to the main direction of movement of the charge carriers in an area in front of the active layer can provide the magnetic field lines tapering to a pole of a magnetic dipole or running along the Z axis.
  • the magnetization element is expediently arranged such that it only provides magnetic field lines in the edge regions of the XY cross-sectional areas of the layer stack.
  • the magnetization element comprises a number of current lines extending, in particular strip-shaped, along an outer surface of the layer stack, wherein a current flow is provided antiparallel to each current line for current flow through the optoelectronic component.
  • the magnetization element can be created by means of a permanent magnet dipole arranged around the layer stack along an XY plane, in particular in the area of the active layer and / or against the main direction of movement of the charge carriers in an area in front of the active layer.
  • electromagnets can also be used, the current flow of which can be provided in particular by means of the current flow through the optoelectronic component.
  • the magnetization element can be in the region of an active layer and / or counter to the main direction of movement of the charge carriers in a region in front of the active layer as a magnetic material, in particular manganese, encircling the layer stack along an XY plane an outer surface of the layer stack has been deposited and magnetized by means of an external magnetic field.
  • the layer stack can have an electrically insulating and passivating coating, in particular the outer surface of the layer stack.
  • the layer stack is a columnar m-LED. Simplified, this comprises a p-doped layer, an n-doped layer and an active layer arranged between them.
  • the latter can be designed as a quantum well or a multi-quantum well.
  • Corresponding designs of an m-LED with further measures are part of this application. It goes without saying that the layer stack described here or the m-LED used here is due to the designs disclosed in this application can be replaced or supplemented.
  • the magnetic constriction of current can simultaneously have reflective properties, so that light cannot escape on the side surface.
  • a coupling-out layer can have a photonic structure on the surface.
  • a defined radiation characteristic should be achieved.
  • Light that is generated in an m-LED should on the one hand not interact with neighboring m-LEDs, on the other hand the light should also be coupled out in order to optimize the light efficiency at a given current.
  • various measures are presented which achieve an improvement in the radiation characteristics of an optoelectronic component or an m-LED by reflecting layers or mirrors surrounding the active layer or the m-LED. Some m-LEDs emit light from the side. This effect is often not desirable because crosstalk into neighboring pixels leads to interference or other effects that worsen the visual impression.
  • a Lambertian radiation characteristic of the display is also required for many applications. This means in particular that the display should be equally bright when viewed from all sides. A strong edge emission from the chip results in a non-Lambertian radiation characteristic.
  • the smallest m-LED chips can be realized with a vertical design, that is, with one contact each on the top and bottom of the chip. In order to electrically connect a vertical m-LED to a substrate, a so-called “top contact” must be deposited and structured at a second contact of the m-LED (facing away from the substrate or at the top).
  • a planarization and / According to a first aspect, a method for producing an array with at least one light-emitting body is proposed.
  • the light-emitting body can be, among other things, an m-LED, one of the m-rods already presented here, an m-LED -Column or another component whose light also emerges laterally with a portion parallel to the active layer.
  • a first contact area and a second contact area are structured on one side of a substrate.
  • the light-emitting body is also focused on the structure applied or generated there by structuring from several semiconductor layers.
  • a first metal mirror layer and a second metal mirror layer are applied, the first metal mirror layer electrically connecting a contact layer attached to a second contact of the light-emitting body to the second contact area, and the second metal mirror layer being formed on a reflector structure arranged on the substrate.
  • the reflector structure can be obtained from a planarization layer with subsequent structuring.
  • the reflector structure frames the light-emitting body.
  • a part of the panarization layer can be structured so that it surrounds the light-emitting body.
  • An optoelectronic component has a light-emitting body which is in particular electrically contacted by means of a first metal mirror layer and a microreflector structure coated with a second metal mirror layer which surrounds it in particular.
  • an array with at least one light-emitting body is proposed, a first contact of a vertical light-emitting body being connected to a first contact region on one side of a substrate.
  • a second contact of the vertical light-emitting body facing away from the substrate is connected to a second contact area by means of a, in particular semitransparent, contact layer and a first metal mirror layer.
  • a reflector structure is formed which has a second metal mirror layer on its side flanks and which surrounds the light-emitting body at a distance.
  • the reflector structure includes reflective sidewalls in some aspects. These can run at an angle to redirect the light.
  • the side wall can also have a non-linear course, for example a square or parabolic one.
  • a top contact is formed here in particular by a second contact of the light-emitting body, a contact layer, a first metal mirror layer and a second contact area.
  • the contact layer applied to the second contact of the light-emitting body is electrically connected to the second contact region by means of the first metal mirror layer.
  • An optical decoupling structure is formed here by means of a reflector structure, in particular a microreflector structure, which is coated by means of a second metal mirror layer.
  • the light-emitting bodies are first embedded in a planarization layer. Photolithographically, this can be opened on the second contact area for the second contact or for the top contact (upper contact) on the substrate.
  • This structuring process is used to form structures for reflectors, in particular m-reflectors, on the substrate from the planarization layer in the same step.
  • a structured application of a metal mirror layer can be carried out as a metal bridge between the second contact and the second contact region.
  • This metallization process can be used to mirror reflector structures at the same time.
  • Some other aspects are primarily concerned with the arrangement and contacting of vertical m-LEDs with a transparent and electrical cover layer.
  • One of the goals is to have a high number of pixels per area improve the display properties. Due to the spatial position of the electrical contact of a vertical m-LED on the upper side facing away from the carrier substrate, it is considered, as already explained in this application, to use a transparent or at least partially transparent conductive material.
  • materials such as ITO (indium tin oxide), a mixed or semi-transparent mixed oxide which is semiconducting for visible light, are known, but this material has a relatively large surface resistance.
  • a pixel element in the form of one or more m-LEDs is therefore proposed for generating a pixel of a display, which has a flat carrier substrate.
  • a carrier substrate can be understood here as a backplane or carrier surface, which provides a mechanically stabilizing holding function and additionally a supply of the electrical connections for m-LEDS.
  • Possible materials for the carrier substrate can be insulating connections, but also semiconductors such as silicon or III-V semiconductor materials.
  • the carrier substrate is designed to be flexible or flexible.
  • At least one m-LED is arranged on the carrier substrate and is designed to emit light transversely to a carrier substrate plane in a direction away from the carrier substrate.
  • the m-LED is designed as a so-called vertical chip, at least one contact being located in a spatial area of the m-LED that is distant from the carrier substrate.
  • the at least one m-LED thus has an electrical contact on its upper side facing away from the carrier substrate.
  • An upper side is to be understood here as a side surface or a region of an outer surface of the m-LED, where at least part of the top is directed parallel to the plane of the carrier substrate.
  • Embodiments of the vertical m-LEDs are mentioned here. These include, but are not limited to, the above-mentioned pairs of bars with converter material arranged in between, the upright or horizontally aligned m-rods or the antenna structure. Quantum well intermixing can be provided to charge carriers from an edge or edge of the active layer.
  • the electrical contact can be, for example, a metallic or generally electrically conductive surface. The idea here is that this surface should come into contact with a layer lying above it relative to the carrier substrate plane.
  • the pixel element has an at least partially electrically conductive flat contact layer on the top of the emitter chip. This is electrically connected to the electrical contact of the emitter chip.
  • an additional layer can be processed, for example, via the at least one m-LED, which comes into direct contact with the electrical contact of the at least one m-LED.
  • this two-dimensional contact layer can extend in one piece over a multiplicity of m-LEDs and pixel elements.
  • this contacting layer forms a common cathode or a common anode.
  • a thickness of this contacting layer is between 80 and 150 nm.
  • the flat contacting layer is at least partially transparent for the light emitted by the at least one m-LED. This means that light emitted by the at least one m-LED can at least partially pass through the contact layer.
  • the known ITO materials are used.
  • a conductor track is provided on the contacting layer, which is electrically and planarly connected to the contacting layer. The electrical conductivity of the conductor track is greater than an electrical conductivity of the contacting layer.
  • the conductor track can be designed, for example, planar or as a flat surface or strip.
  • the material of the conductor track is selected so that it has better electrical conduction properties than, for example, the ITO material.
  • the conductor track is intended to bridge poorly conductive spatial areas of the contacting layer and thus cause an overall reduced electrical resistance, also referred to as improved transverse conductivity, via the contacting layer.
  • the conductor track should be connected to the contacting layer at at least two points apart in order to reduce a total resistance of the arrangement of conductor track and contacting layer between these two points due to the increased conductivity of the conductor track.
  • a conductor track can be understood, for example, as a busbar, distribution rail or similar electrically conductive structure.
  • the conductor track is designed as a spatially delimited structure as part of the contacting layer itself. This can mean, for example, that differently structured areas or areas with a changed material or substance combination are provided within the contacting layer, which areas have improved electrical conductivity.
  • a material of the conductor track can have, for example, silver, aluminum, gold, chrome or nickel-vanadium.
  • the contacting layer can be arranged in an intermediate space between two adjacent m-LEDs. In other words, the structure and arrangement of the m-LEDs between the respective m-LEDs result in gaps which can advantageously be provided for accommodating the contacting layer.
  • the electrical contact of the at least one m-LED is arranged on a side surface of the at least one m-LED.
  • the contacting layer contacts the contact of the at least one m-LED, for example in the region of the space between two m-LEDs.
  • the conductor track is arranged between two m-LEDs arranged adjacent to one another on the carrier substrate outside a primary radiation area of the m-LEDs.
  • the consideration here is that the m-LED, due to its structure, emits a large proportion of the light transversely to the carrier substrate plane and away from this carrier substrate plane. It may be desirable for a high proportion of the light to be emitted as vertically as possible, that is to say with a conical or ideally Lambertian radiation characteristic.
  • the mostly light-opaque conductor tracks should not shade or restrict this primary radiation area and are therefore advantageously arranged outside of this primary radiation area or radiation corridor. This can be made possible in particular by the fact that the spaces between the m-LEDs create a suitable spatial area.
  • the conductor track is designed to absorb and / or reflect an m-LED light component of the light emitted by the at least one m-LED outside the primary radiation region for beam formation.
  • the conductor track is therefore deliberately placed in an area around the primary radiation area of the at least one m-LED, so that a beam-shaping effect is achieved.
  • the conductor track can be designed as a ring-shaped flat conductor structure extending around an area of the at least one m-LED.
  • the conductor structure can run around each pixel.
  • the beam shaping can be achieved by providing an opening in the conductor track through which the emitted light can pass.
  • the conductor track has a light-absorbing layer on its side facing the carrier substrate.
  • this can be a separately applied layer of an absorbent material, but can also be implemented by surface structures on the conductor track.
  • the conductor track extends across a large number of m-LEDs.
  • recesses are provided on the conductor track in the area of the respective primary radiation areas of the m-LEDs for passing the light emitted by the respective m-LED.
  • These cutouts can, for example, be openings, holes, gaps or similar structures through which the light emitted by the m-LED can pass.
  • the conductor track can be provided as a continuous layer or as a coherent element. Among other things, this can advantageously allow more complex forms of openings or cutouts for beam shaping.
  • the conductor track is applied to a side of the contacting layer facing away from the carrier substrate.
  • the conductor track is located on an upper side of the contacting layer, for example as an element which is subsequently applied sequentially in the production process.
  • the conductor track is applied to a side of the contacting layer which is oriented toward the carrier substrate. In other words, this means that the conductor track is, seen from the carrier substrate, under an ITO contacting layer.
  • the conductor track is applied to the carrier substrate.
  • the adjacent arrangement of several m-LEDs results in corresponding spaces. These gaps can extend down to a height or level of the carrier substrate itself. It is conceivable here that a planarization layer is not carried out continuously, but is left out in the area of this intermediate space.
  • a manufacturing advantage can now be that the conductor track is produced directly on the carrier substrate and the contacting layer is applied vertically above it.
  • the at least one m-LED is arranged in a cavity of the carrier substrate and the conductor track is arranged outside the cavity.
  • the carrier substrate can thus be understood, for example, as a structured surface that is not designed to be completely flat or planar, but rather has depressions. In these recesses or pits placed the m-LEDs, whereby side walls of these recesses can be used as a reflection surface for beam shaping.
  • one or more conductor tracks are arranged outside the recess.
  • a connection element for electrically connecting the contacting layer to a connection element of the carrier substrate is provided on the pixel element.
  • a contacting layer arranged over the carrier substrate forms, for example, a common anode or a common cathode and consequently has to be connected electrically.
  • a connection element is attached in an electrically conductive manner to the contacting layer and is attached at another end to a conductor structure of the carrier substrate.
  • This connection element can, for example, be arranged on an outer edge region of one or more pixel elements.
  • Another aspect deals with the production of one or more pixel elements for a display.
  • a flat carrier substrate is provided in a first step and a large number of light-emitting components are produced thereon.
  • the components can be produced using common methods by applying, doping and structuring different semiconductor layers.
  • Typical material systems are based on GaN, including, for example, GaN, GaNP, GaNInP, GaNAlP and others.
  • the large number of light-emitting components have a main emission direction which points away from the carrier substrate.
  • an electrical contact is provided on the surface of the plurality of light-emitting construction elements facing away from the carrier substrate.
  • an at least partially electrically conductive planar contacting layer is applied, which has a large number of light-emitting components with the electrical contacts is electrically connected.
  • the contacting layer can extend over the carrier substrate and cover the components.
  • the contacting layer is at least partially transparent for the light emitted by the semiconductor components during operation.
  • At least one conductor track is provided on the contacting layer, which is electrically and planarly connected to the contacting layer with the contacting layer.
  • the electrical conductivity of the conductor track is greater than an electrical conductivity of the contacting layer.
  • a reflective layer or a mirror can also be applied to other designs of m-LED implementations, for example to the vertical m-LEDs with surrounding structure shown below.
  • Various designs based on vertical or horizontal m-LED architectures are suitable for the production of m-LED displays. Short switching times and sufficient current carrying capacity are particularly important. At the same time, the emitted light should emerge as collimated as possible.
  • the anode as well as the cathode contacts are usually realized by means of separated metallic supply lines, both contacts are on the underside of the chip.
  • the metallic feed lines are led to each pixel.
  • the anode contact on the underside of the chip is realized by separate metallic feed lines, while the cathode contact on the top of each chip is realized by a common cathode.
  • the supply lines should be as short as possible in order to keep parasitic capacities low.
  • the m-LEDs are either produced monolithically or individually and then further processed on a substrate.
  • the backplane (in the case of a backplane being equipped; in the case of a monolithic structure, this can also serve as a sub- stance or the growth substrate is replaced by the backplane) contains the control electronics.
  • passive matrix backplanes with IC circuits In passive matrix backplanes with IC circuits for arrival S of the LED control can be performed typically the cathode and anode leads directly to the pixels respectively in sub-pixels.
  • the pixels or sub-pixels are controlled via the micro-integrated circuits.
  • TFT Thin Film Transistor
  • a device with a substrate and an m-LED die fixed on one side of the substrate is proposed. This has an electrical contact on a side facing away from the substrate, which is electrically connected to an electrical control contact by means of a mirror coating, the mirror coating reflecting the Substrate surface facing the raw chip is at least partially covered.
  • the mirroring therefore takes on two functions. On the one hand, it serves to redirect light in the direction of radiation, on the other hand, it takes over the transport of electricity. Fast switching times for m-displays can be achieved using the common cover contact or the common cover electrode. This enables the provision of pulse width modulation dimming concepts, in particular to improve panel efficiency in combination with an improvement in optical parameters, such as an angle dependence of an emission and the contrast.
  • a substrate with a number of contacts is first provided on the surface and an m-LED raw chip is attached to one of these contacts.
  • the attachment can use conventional transfer and attachment techniques, some of which are also presented in this disclosure.
  • the m-LED die is designed as a vertical die and also includes a contact on one of the substrate surfaces.
  • a reflective layer is formed on the substrate surface, which is electrically connected to an electrical control contact on the surface of the substrate and at least partially covers the surface.
  • a transparent cover electrode is formed on the further contact, which electrically contacts the reflecting layer.
  • the use of a mirror for current expansion, for improving the current carrying capacity and switching times can also be implemented in combination with cavity structures. Such cavities can then also serve to improve the outcoupling efficiency, the angular dependence of emissions and the contrast.
  • the substrate is an elevation that surrounds the m-LED raw chips.
  • a cavity can also be provided in the substrate surface, in which the m-LED raw chip is arranged.
  • three m-LED raw chips can also be surrounded or arranged so that these together form a pixel as subpixels.
  • optionally bevelled side surfaces of the cavity or the elevation are provided with the mirroring.
  • This structure is similar to the above.
  • the angle of these side surfaces with the substrate surface can assume different values depending on the desired characteristic. In particular, this can also change so that the side flanks show a parabolic or other non-linear course.
  • the circumferential mirror structure disclosed in this application can be used.
  • the height of the elevation or the depth of the cavity is selected so that the m-LED raw chip is flush with the top of the elevation or the cavity. This allows the cover electrode to close. This is particularly expedient if the mirroring is arranged on the upper side so that the cover electrode lies on the mirroring layer.
  • a space between the m-LED raw chips or the area within an elevation or a cavity is filled with a transparent insulation layer, which thus surrounds the raw chips.
  • the transparent insulation layer closes, in particular, at the level of the remote contact of the die, so that the cover electrode rests on the insulating material.
  • the mirror surface arranged on the substrate surface and possibly the surrounding structure not only surrounds one but a multiplicity of raw chips. These can be designed as redundant chips, so that if one Chips each other can take over the function. A more even radiation is generated by a circumferential mirror surface. Likewise, several raw chips for generating light of different wavelengths can be arranged within the circumferential mirror surface. A circumferential mirror surface can separate different pixels from one another, so that optical crosstalk between pixels is reduced.
  • the mirroring is connected in series to the cover electrode and the control contact of the substrate and comprises a highly reflective material, in particular made of Al, Ag, AgPdCu, Nd, Nb, La, Au, Cu, Pd, Pt, Mg, Mo, Cr, Ni, Os, Sn, Zn and alloys or combinations thereof. These also effectively turn on the current.
  • the cover electrode can have a transparent, electrically conductive oxide layer, in particular a material made of ITO, IGZO.
  • cover electrode material can be transparent conductive oxides, such as metal oxides, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, indium doped tin oxide (ITO), aluminum doped (AZO), Zn2SnÜ4, CdSnÜ3, ZnSnÜ3, In4Sn3Üi2 or mixtures of different transparent conductive oxides.
  • transparent conductive oxides such as metal oxides, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, indium doped tin oxide (ITO), aluminum doped (AZO), Zn2SnÜ4, CdSnÜ3, ZnSnÜ3, In4Sn3Üi2 or mixtures of different transparent conductive oxides.
  • the transparent insulation layer can comprise SiO or other insulating transparent materials mentioned here.
  • the direct electrical contact of the cover electrode with the mirroring can be achieved by means of a contacting overlap of a cover electrode surface and a mirroring surface, in particular on the surface of the elevation or at one end of a recess or cavity.
  • a reliable low-impedance contact can also be provided.
  • the cover electrode can rest on several reflective layers. As a result, the current can be introduced into the cover electrode over a large area and at several positions.
  • the reflective layer runs along the surface of the substrate and in particular partially around the m-LED raw chip or chips. As a result, the reflection is also increased over a large area on the substrate surface.
  • a direct electrical contact of the cover electrode with the reflective coating is provided through a plated-through hole or a via of the reflective material through a planarization and / or insulation layer.
  • a simple bridge can be created from, for example, ITO cover contact to the CrAl contact area for ACF bonding. This can lead to further cost savings.
  • This plated-through hole can be realized as openings.
  • a gra ben or other structure can also be provided in the transparent insulation layer, the inner walls of which are filled with a conductive reflective layer for contacting. On the one hand, this creates good electrical contact, on the other hand creates a reflective structure and, in addition to good light reflection, also reduces optical crosstalk in some areas.
  • the insulation layer on the edge of a pixel is chamfered and the reflective layer is exposed there.
  • the cover electrode extends along this inclined surface and thus contacts the reflecting layer. In this way, a compact design can also be provided.
  • the flanks or inner walls of the opening have an angle depending on the desired radiation characteristic. They can do that here disclosed disclosed. In this way, material breaks at transition edges are to be avoided.
  • Another aspect deals with the production of a pixel or an m-LED module, which comprises a multiplicity of these m-LED raw chips, which are arranged in rows and columns.
  • Each pixel can be embedded in a cavity or surrounded by a bump.
  • the cover electrode can thus be used as a common connection for a large number of such m-LED raw chips.
  • Auskoppelstruk structures can also be provided on the cover electrode.
  • the photonic structures shown here which are suitable for further collimating light, should be mentioned.
  • Converters can also be attached to the top electrode. In this way, an m-LED raw chip type can be used which, for example, generates blue light in order to convert it by means of the converter layer. In this case, further reflective structures can be built up on the cover electrode so that optical crosstalk into another pixel is avoided.
  • photonic structures are also conceivable here that limit the converted light.
  • Nano light-emitting diode arrangements which are brought up in a matrix arrangement and comprise vertical layered nanopillars or nano rods are already described in connection with the stimulated emission in the slotted antenna structure in this application.
  • a property of the nanopillars is their high aspect ratio, ie their height compared to their base area, which is typically in the range of 1 pm 2 and smaller.
  • the quasi one-dimensionality of a nanopile and the consequent reduced requirement for lattice adaptation offers the advantage of a more flexible material combination.
  • Position for the formation of the active layer This results in an improved spectral adjustability of the light emission, which can also be influenced by the targeted installation of tensions and the determination of the extent of the active layer. This results in the possibility of the stimulated emission described above.
  • columns for the emission of differently colored light can also be produced with different material systems and / or tension or doping.
  • nanopillars are manufactured using a planar semiconductor layer system with layers that have a different conductivity type (n- or p-doping).
  • An active layer in the semiconductor layer system typically has a quantum well structure.
  • a structuring is then carried out which extends at least into the depth of the active layer and which serves to work out nanopillars with a laterally delimited disk-shaped active zone from the planar semiconductor layer system.
  • a second production variant for a nano-light-emitting diode arrangement is achieved by epitaxially growing nano-layer structures in the form of upright nano-columns made of III-V semiconductors, in particular (Al x In y Ga xy ) N, starting from a structured n-gallium nitride layer strat on a carrier substrate, such as Al2O3, SiC or ZnO.
  • the nanopillars have a core-shell structure with an elongated core (core), an active layer covering them and a cladding layer (shell) with a charge carrier polarity that differs from the material of the core.
  • the area between adjacent nanopillars is filled with an insulating material that serves as a base for a transparent contacting layer.
  • the top Contact layer form bridge structures that span air-filled sections between the nanopillars.
  • the starting point for the following considerations for improving a nano-light-emitting diode arrangement is an arrangement which has a carrier substrate and a at least indirectly connected to the carrier substrate and from it in a longitudinal direction facing nanopile.
  • a matrix arrangement with a plurality of nanopillars is preferably present on the carrier substrate.
  • Each nanocolumn has a semiconductor sequence with at least one active layer that generates electromagnetic radiation and is applied in such a way that at least part of the radiation emission takes place transversely to the longitudinal direction.
  • a reflector device is arranged on the carrier substrate laterally to the nanopile, which at least partially deflects the radiation emission transversely to the longitudinal direction into a main emission direction running parallel to the longitudinal direction. The beam angle of the nano-light-emitting diode arrangement is thus reduced and the pre-collimation achieved thereby facilitates beam coupling into subsequent optical components in the beam path.
  • the reflector device comprises a first reflective optical element and a second reflective optical element, which are arranged on different sides of an associated nanopile. It is also advantageous to provide a reflector device in each case between two adjacent nanopillars.
  • the nano-pillar emitting electromagnetic radiation can be part of a pixel for a lighting or display device.
  • each pixel has an individual nanopile and a reflector device assigned to it and surrounding it.
  • a pixel comprises several nanopillars according to some aspects, whereby the reflector device assigned to the pixel can surround the nanopillars of the pixel.
  • there are a plurality of reflector devices within a pixel a separate reflector device being provided for each of the nanopillars of the pixel.
  • a pixel can be designed for spectral adaptability of the light emission, for example as an RGB pixel. For designs with several nanopillars per pixel, these can be provided for different colors. It is conceivable either to adapt the active layer of the respective nanopill or to color it by locally embedding the nanopill in different light conversion materials.
  • the n- and / or the p-contacts are structured so that a pixel and / or parts of a pixel, in particular individual nanopillars or groups of nanopillars, can be energized individually.
  • the nano-light-emitting diode arrangement has a shaped layer which is monolithically formed with a layer of the semiconductor sequence of the nanopile. These layers can be created in one piece and result from a common manufacturing process or from successive manufacturing steps with the same substrate.
  • the Reflektorvor direction has in some aspects a metallic reflective layer and / or a Bragg mirror.
  • the embodiment has a Fresnel lens arrangement which has been incorporated into the reflector device in order to further improve the collimation effect.
  • a wavelength conversion element is arranged for further development in the beam path between the nanocolumn and the reflector device, wherein a first wavelength conversion element assigned to a first nanocolumn is applied for radiation of electromagnetic radiation which differs spectrally from the radiation of one second wavelength conversion element associated with the second nanopile.
  • a first wavelength conversion element assigned to a first nanocolumn is applied for radiation of electromagnetic radiation which differs spectrally from the radiation of one second wavelength conversion element associated with the second nanopile.
  • at least some of the nano-columns have a lateral direction in which no reflector device is arranged. Instead, an optical separating element can be provided in this direction between adjacent nanopillars.
  • the method for producing a nano-light-emitting diode arrangement comprises a photolithographic structuring of at least one shaped layer of the reflector device and / or a layer of the semiconductor sequence of the nanopile. Furthermore, structuring of the reflector device using an anisotropic etching method is provided, and the use of an etching stop layer to form the nanopile with a high aspect ratio. For a further preferred production method, the shaped layer of the reflector device and / or a layer of the semiconductor sequence of the nanocolumn is grown epitaxially. Another manufacturing alternative is a nano stamping process.
  • the light emerging from the side walls is deflected by a reflector layer.
  • a reflective interface is proposed, which is arranged directly on the side surface of the optoelectronic component. Accordingly, this approach can be implemented in monolithic structures as well as in individual optoelectronic components. This approach can also be provided for an m-LED nano-column or a semiconductor layer stack, as is proposed, for example, in the antenna structure.
  • an optoelectronic device comprises at least one optoelectronic light source based on semiconductor materials, in particular in the form of an m-LED, which has an active zone for generating light, a light exit surface for the light which it produces being formed on an upper side of the light source , wherein the light source has in addition to the top at least one further interface which delimits the light source on the side and / or downwards, and wherein a dielectric reflector is arranged on the interface and is designed to reflect the generated light.
  • a dielectric reflector is applied directly to the interface. Without the dielectric reflector, light that is generated in the light source could escape to the side and / or downward and in particular could reach a material of a carrier of the device that surrounds the light source. In contrast, the dielectric reflector at least partially reflects light that strikes the interface back into the interior of the light source. The use of the electric reflector can thus at least partially prevent light from escaping to the side and / or downwards from the light source. The back-reflected light ideally escapes through the light exit surface, for example after further reflections. The light yield can thus be increased by the dielectric reflector. At the same time, the component is very small.
  • the boundary surface can have a side surface running around the light source in the circumferential direction and an underside of the light source, the underside being opposite the top side.
  • the dielectric reflector can only be arranged on the side surface or exclusively on the underside. Alternatively, the dielectric reflector can be attached to the side ten Chemistry as well as be arranged on the underside. With the exception of the top, the dielectric reflector can therefore be arranged on the entire boundary delimiting the light source. With the exception of the upper side, the dielectric reflector can thus surround the entire light source, as a result of which a relatively large increase in the luminous efficiency can be achieved.
  • the dielectric reflector can have a, in particular periodic or non-periodic, sequence of a number of material layers lying one above the other, at least two directly successive material layers having different refractive indices.
  • the dielectric reflector can consist of a periodic sequence of two alternating, dielectric material layers, which have different refractive indices.
  • the thickness of the material layers can be adapted to a wavelength of the light emitted by the light source in order to achieve the highest possible reflection.
  • a non-periodic sequence of material layers can, at least in some configurations - in comparison to a periodic layer sequence - produce a comparable mirror effect with thinner layers.
  • the dielectric reflector can be designed as a Bragg mirror. Bragg mirrors are known per se. They are also referred to as a distributed Bragg reflector, abbreviated DBR.
  • a Bragg mirror can be formed from a periodic arrangement of two alternating, thin material layers with different refractive indices.
  • the layers usually consist of dielectrics based on semiconductor materials.
  • At an interface between two layers of material part of the incident light is generated according to the so-called Fresnel formulas reflected.
  • a constructive interference between the reflected rays is formed when the wavelength is close to four times the optical wavelength in the respective material layer.
  • the wavelength range in which the reflection of Bragg mirrors is very high, in particular with perpendicularly incident light, and can at least theoretically reach 100% at least theoretically with a very high number of alternating layers, is called the stop band.
  • Light whose wavelength lies within the stop band of a Bragg mirror is reflected at least to a high degree and ideally cannot propagate through the Bragg mirror.
  • the reflector designed as a Bragg mirror is therefore preferably designed so that the wavelength of the light emitted by the light source lies within the stop band, especially in the middle thereof.
  • the thickness of the material layers of the Bragg reflector is then matched to the wavelength of the emitted light.
  • the optical thickness of the layers is preferably a quarter of the wavelength of the emitted light.
  • the optical thickness corresponds to the product of the layer thickness and the optical refractive index.
  • Some aspects of this concept also relate to an optoelectronic device, such as a display arrangement or a monolithic array or a spotlight, such as a matrix headlamp, for example, the optoelectronic device having a large number of the proposed optoelectronic devices, the light sources being the optoelectronic devices are arranged in an array.
  • Each light source can form a pixel of the display order or the monolithic array. It can be provided that each light source emits light in a color of a number of predetermined colors, for example red, green and blue.
  • Each Light source can form a sub-pixel of a pixel, a pixel being formed by a plurality of light sources, each of which a light source emits light in one of the colors.
  • the light sources of the optoelectronic devices can be embedded in a carrier, in particular in such a way that only the light exit surfaces of the light sources represent free, external surfaces, while a respective interface of the light sources is surrounded by carrier material.
  • the dielectric reflector of an optoelectronic device can be located between the interface of the light source and the carrier material.
  • the carrier may have one or more layers of semiconductor materials. The layers can comprise electrical lines, for example in the form of one or more levels of conductor tracks. Electronic circuits for supplying the light sources or their control can also be present.
  • the light sources can be supplied with electrical power by means of the conductor tracks.
  • an optoelectronic device in particular a display device or headlight, in which an optoelectronic light source based on semiconductor materials is provided, the light source being an active zone for generating light and a light on an upper side has exit surface for the generated light, and wherein at least one interface of the light source, a dielectric reflector is arranged, which is designed to reflect the generated light, and wherein the interface limits the light source to the side and / or down.
  • the interface can form the remaining outside of the light source.
  • the reflector can completely or at least partially cover the interface.
  • a method for producing an optoelectronic device such as a display arrangement or a headlight arrangement, is to be presented.
  • the light sources of a large number of optoelectronic devices according to the invention are arranged in an array-like manner and embedded in a carrier in this way who the that only the light exit surfaces of the light sources represent free, external surfaces, while material of the carrier surrounds the interfaces of the light sources.
  • a dielectric reflector can be arranged between the material of the carrier and a respective interface of a light source. This step can be done before a light source is embedded in the support.
  • the proposed concept also relates to a method for the manufacture of an optoelectronic device, for example a monolithic array or a headlight, in particular with a large number of the proposed optoelectronic devices or m-LEDs.
  • a multiplicity of optoelectronic light sources based on semiconductor materials are formed in an array-like manner on a carrier in such a way that each light source has an active zone for generating light and a free, outer top surface as the light exit surface for the light, and for each light source at least one, the light source against a material of the carrier to the side and / or downward boundary boundary, a dielectric reflector is arranged, which is designed to reflect the generated light.
  • the arrangement of the dielectric reflector can include that material for the dielectric reflector is applied by means of atomic layer deposition.
  • the method of atomic layer deposition is also referred to as "atomic layer deposition".
  • the materials for forming the dielectric reflector can be deposited in extremely thin layers. It can Layer thicknesses can be realized that correspond to atomic monolayers. This makes it possible to deposit layers with precisely defined thicknesses even on non-planar (for example curved) surfaces.
  • atomic layer deposition a reflector designed in particular as a Bragg mirror can be produced in a simple manner.
  • Nb2Ü5, T ⁇ O2, ZrÜ2, Hf0 2 , Al2O3, Ta2Ü5 or ZnO can be used as the material for the dielectric layers of the reflector with a high refractive index.
  • Si0 2 , SiN, SiON or MgF2, for example, can be used for the dielectric layers with a low refractive index.
  • the arrangement of the dielectric reflector can include that the material for at least one layer of the dielectric reflector is arranged using a first method and that the material for the other layers is arranged using a second method.
  • a layer directly adjacent to the interface of a light source can be arranged using the first method.
  • the first method can be, for example, a gas phase deposition method, such as in particular CVD (for C hemical vapor deposition) or PE-CVD (for plasma-enhanced C hemical vapor deposition).
  • CVD for C hemical vapor deposition
  • PE-CVD plasma-enhanced C hemical vapor deposition
  • unevenness at the interface for example a rough surface resulting from an etching process, can be covered by a more conformal deposition.
  • the further layers of the dielectric mirror can then be produced on a smooth surface.
  • the second method can be atomic layer deposition. This allows layers for the dielectric reflector with defined thicknesses to be formed.
  • Another aspect also relates to a method for producing an optoelectronic device or a, in particular with A large number of the optoelectronic devices presented here, with the method based on semiconductor materials, optoelectronic light sources being arranged in an array on a support in such a way that each light source has an active zone for generating light and on the top a free, external top as light exit surface for the Has light, the light sources arranged in such a way that between adjacent light sources at the top there is an at least slight gap with an intermediate space behind it, with at least one for each light source, the light source against a material of the carrier to the side and / or a dielectric reflector is arranged, which is designed to reflect the light generated in the light source, and the dielectric reflectors of the light sources are formed by the fact that, for example by means of atomic layers heating, material for the dielectric reflectors is introduced from the top into the respective gap between adjacent light sources and the dielectric reflectors are formed in the respective space located behind a gap.
  • At least the light exit surfaces of the light sources can be covered, in particular with a photo mask, while the dielectric reflectors are formed in the spaces.
  • the photo mask can be removed after completion of the reflectors.
  • the headlamp mentioned as an example can be a matrix headlamp. Accordingly, the headlight arrangement can be a matrix headlight arrangement.
  • An optoelectronic component in particular an m-LED according to According to a first aspect of the present disclosure, at least one semiconductor element, a dielectric filter and a reflective material. Furthermore, the optoelectronic component can contain components, for example the components described in this application.
  • the at least one semiconductor element contains an active zone which is designed to generate light. It can in particular be designed as a vertical or horizontal m-LED. Measures such as quantum well intermixing and the like are possible in order to increase the efficiency of the component. Furthermore, the at least one semiconductor element has a first main surface, a second main surface opposite the first main surface and at least one side surface which extends between the two main surfaces. For example, the at least one semiconductor element can have three or four or more side faces. However, it is also conceivable that the at least one semiconductor element has round main surfaces and therefore only has one side surface.
  • the dielectric filter is arranged above the first main surface of the at least one semiconductor element and is designed such that it only transmits or transmits light that enters the dielectric filter in predetermined directions.
  • the dielectric filter can be configured such that it only transmits light in a predetermined angle cone.
  • the angular cone is aligned with its axis perpendicular to the first main surface of the at least one semiconductor element.
  • the angle between the outer surface or the outer lines of the cone and the axis of the cone, ie half the opening angle of the cone, can have a predetermined value.
  • half the opening angle of the cone is not more than 5 ° or not more than 15 ° or not more than 30 ° or not more than 60 °.
  • Light components that enter the dielectric filter from the semiconductor element at an angle that lies within the predetermined angular cone, who is allowed to pass through, the remaining light components are essentially not transmitted and are reflected back, for example, into the semiconductor element. This enables a high degree of directionality of the light emitted by the optoelectronic device.
  • the dielectric filter can be designed in such a way that the angle cone has a very small opening angle, with the result that essentially only light that emerges from the semiconductor element perpendicular to the first main surface is let through by the dielectric filter.
  • the dielectric filter can be constructed from a stack of dielectric layers which are applied to the semiconductor element by coating and in particular have a high transmission.
  • the dielectric layers in the stack may alternately have a low and a high refractive index.
  • the material for which the dielectric layers with a high refractive index can be used are, for example, Nb 2 0 5 , Ti0 2 , Zr0 2 , Hf0 2 , A1 2Ü3 , Ta 2 Os or ZnO.
  • Si0 2 , SiN, SiON or MgF 2 for example, can be used for the dielectric layers with a low refractive index.
  • the stack of dielectric layers with alternating high and low refractive index can be designed as a Bragg filter.
  • the dielectric filter can be a photonic crystal.
  • the reflective material is deposited on the side surface of the at least one semiconductor element and the dielectric filter. It can be provided that the reflective material covers at least one or more or all of the side surfaces of the at least one semiconductor element. In the same way, the reflective material can cover at least one or more or all of the side surfaces of the dielectric filter. In one embodiment, the reflective material encloses both the at least one semiconductor element and the dielectric filter laterally completely.
  • the reflective material can be reflective of the light emitted by the at least one semiconductor element or at least a wavelength range of this light. As a result, light that emerges through the side faces of the at least one semiconductor element or of the dielectric filter is reflected back again, as a result of which the efficiency of the optoelectronic component is increased.
  • components can also be provided. These in turn have one or more semiconductor elements, each of which has the properties described above.
  • a dielectric filter is arranged on each of the semiconductor elements.
  • the semiconductor elements are surrounded by the reflective material.
  • a plurality of components with their semiconductor elements can also be surrounded by such a mirror. For example, such a configuration allows redundancy to be provided, so that if a semiconductor element fails, a redundant semiconductor element can take over the function.
  • the semiconductor elements can, for example, in an array, i. H. a regular arrangement.
  • the optoelectronic component can be contained in a display, ie a display device.
  • Each of the semiconductor elements can represent a pixel of the display.
  • each of the semiconductor elements can be a subpixel of one Represent pixels, each pixel being formed from several subpixels, which emit light with the colors red, green and blue, for example.
  • the semiconductor elements are designed as m-LEDs.
  • An m-LED has small lateral dimensions in the light-emitting plane, especially in the gm range.
  • separate m-LEDs each form a closed unit that can be set and operated individually and at a greater distance from one another.
  • the light emitted by the semiconductor elements can be, for example, light in the visible range, ultraviolet (UV) light and / or infrared (IR) light.
  • the optoelectronic component according to the first aspect of the application can also be used, for example, in AR (augmented reality) applications or in other applications for pixelated arrays or pixelated light sources.
  • At least one or more or all of the side surfaces of the at least one semiconductor element run obliquely at the height of the active zone. This means that at least a part of the respective side surface forms an angle with the first main surface of the at least one semiconductor element which is not equal to 90 ° and in particular is less than 90 °.
  • the at least one semiconductor element can be chamfered over its entire height or only partially, the active zone should in any case be in the chamfered area.
  • the fully or partially beveled side surfaces can be an interface to an insulation layer with a form low refractive index. Due to the bevelled side surfaces, light emitted in the horizontal direction is reflected in the direction of the component surface.
  • the at least one semiconductor element can have a first electrical connection and a second electrical connection.
  • one connection can represent a cathode and the other connection an anode.
  • the reflective material can be electrically conductive and can be electrically coupled to the first connection of the at least one semiconductor element.
  • the first connection can be connected to an n-doped region of the at least one semiconductor element. The reflective material consequently both creates an optical separation between adjacent pixels and also brings about electrical contact with the at least one semiconductor element.
  • the reflective and electrically conductive material which surrounds the respective semiconductor elements can be connected to one another, which makes it possible to jointly control the first connections of the semiconductor elements from the outside.
  • the second connections of the semiconductor elements can be controlled individually, for example via the underside of the semiconductor elements. Since only one contact with a good resolution has to be defined, this configuration is advantageous in the manufacture and also facilitates the production of very small pixels in which the area would not be sufficient to attach two separate contacts to the underside of the chip
  • the reflective material can, for example, be or contain a metal and be galvanically deposited.
  • a reflective layer can be arranged below the second main surface of the at least one semiconductor element be. As a result, light that exits through the second main surface is reflected back into the semiconductor element and exits completely through the top of the optoelectronic component.
  • the reflective layer can be electrically conductive and can be coupled to the second connection of the at least one semiconductor element.
  • the second connection can be connected to a p-doped region of the at least one semiconductor element.
  • the reflecting layer therefore also serves to create electrical contact with the at least one semiconductor element. It can be provided that the second connection of each semiconductor element can be controlled individually.
  • the same material as for the reflective material can, but need not, be used for the reflective layer. For example, a metal can be used for the reflective layer.
  • the reflective layer can be electrically insulating and one or more electrically conductive layers can be arranged above and / or below the reflective layer, which layers are in particular coupled to the second connection of the at least one semiconductor element.
  • the reflective layer can be, for example, a dielectric mirror and in particular can be arranged over a metal layer. The electrical contact is then made through a bushing through the dielectric layer or through a side surface of the dielectric layer.
  • an electrically conductive and transparent layer can be arranged above the reflective layer, ie between the at least one semiconductor element and the reflective layer.
  • indium tin oxide (English: ITO) can be used for the electrically conductive and transparent layer.
  • a silver mirror is arranged under the electrically conductive and transparent layer, for example made of indium tin oxide, and the dielectric mirror.
  • the electrically conductive and transparent layer for example made of indium tin oxide
  • the dielectric mirror for example, only one electrically conductive and transparent layer, for example made of indium tin oxide, and a silver mirror can be arranged below the at least one semiconductor element.
  • An electrically insulating first material can be arranged between the reflecting material and the reflecting layer.
  • the electrically insulating first material can also be in direct contact with one or more of the side faces of the at least one semiconductor element, in particular with the bevelled part of the side faces.
  • the electrically insulating first material can have a lower refractive index than the at least one semiconductor element, in particular as the at least one semiconductor element in the region of the interface with the electrically insulating first material.
  • the electrically insulating first material consequently effects electrical insulation between the first and second connections of the at least one semiconductor element.
  • light at the interface between the at least one semiconductor element and the electrically insulating first material can be reflected back due to the refractive index contrast.
  • the electrically insulating first material can consist, for example, of SiO 2 and in a deposition process, in particular a gas phase deposition process, for example using TEOS (tetraethyl orthosilicate), or another process, for example, based on silane, to be able to fill up high aspect ratios.
  • a deposition process in particular a gas phase deposition process, for example using TEOS (tetraethyl orthosilicate), or another process, for example, based on silane, to be able to fill up high aspect ratios.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • a layer with a roughened surface can be arranged, which is designed to deflect light into other spatial directions or to scatter light.
  • the layer can have a Lambertian radiation characteristic.
  • the layer can be formed in such a way that light components are deflected at angles beyond the limit angle for total reflection, so that in principle all components can be coupled out and do not remain “trapped” in the component.
  • the layer described above can consist, for example, of a randomly or deterministically structured semiconductor surface.
  • the surface can have a roughened structure with oblique flanks, the roughened structure in the case of m-LEDs having a maximum height of a few 100 nm.
  • the roughened structure can be produced, for example, by etching.
  • first main surface of the at least one semiconductor element it is furthermore possible to dispense with the layer described above and instead to roughen the first main surface of the at least one semiconductor element.
  • a random or deterministic topology can be etched into the first main surface, in particular to achieve a Lambertian radiation characteristic.
  • the roughened first main surface of the at least one semiconductor element can have the same properties as the roughened surface of the layer described above.
  • This additional layer enables the dielectric filter to be applied due to its flat upper side and at the same time maintains the functionality of the roughened surface underneath due to the refractive index difference.
  • the small lateral extent of a pixel of at most 50 pm allows a low height of the at least one semiconductor element in the [pm] area.
  • the at least one semiconductor element can have a lateral extent or edge length of at most 50 pm and / or a height of at most 1 pm to 2 pm.
  • a device can contain several optoelectronic components, which can have the configurations described in the present application.
  • Each of the semiconductor elements of a component, together with the associated dielectric filter and the reflective layer arranged below the respective semiconductor element, can be completely laterally surrounded by the reflective material.
  • the semiconductor elements are arranged in an array, adjacent semiconductor elements being separated from one another by the reflective material.
  • the reflective material forms a grid and adjacent semiconductor elements are separated from one another only by the grid.
  • the first connections of all semiconductor elements can be connected to a common external connection via the reflective material.
  • the second connections of the semiconductor elements can be individually controllable.
  • the plurality of semiconductor elements, each of which is laterally surrounded by the reflective material are arranged next to one another, an electrically insulating second material being arranged between adjacent semiconductor elements.
  • the electrically insulating second material can be a casting material.
  • the reflective material can also be electrically conductive in this embodiment.
  • conductor tracks can extend above and / or below and / or within the electrically insulating second material, which connect the first connections of the semiconductor elements to the common external connection.
  • the second connections of the semiconductor elements can be individually controllable.
  • a method according to a second aspect of the present application is used to manufacture an optoelectronic component.
  • the method comprises providing at least one semiconductor element with an active zone, which is formed for generating light, and arranging a dielectric filter above a first main surface of the at least one semiconductor element.
  • the dielectric filter is designed in such a way that it only transmits light in predetermined directions.
  • a reflective material is arranged or deposited on at least one side surface of the at least one semiconductor element and on at least one side surface of the dielectric filter.
  • the method for producing an optoelectronic device can have the above-described configurations of the optoelectronic component according to the first aspect of the application.
  • aspects relating to processing and methods for producing an m-LED or an m-display or module are to be considered in more detail, but as already explained in the foregoing, aspects relating to processing also include aspects relating to semiconductor structures or materials and vice versa. In this respect, the following aspects can be easily combined with the previous ones.
  • the trenches or more generally, optically separating structures between two m-LEDs are provided. While on the one hand an optical crosstalk is to be suppressed to achieve a sufficiently good high-contrast image quality, the failure of a pixel may be more noticeable as a result.
  • An optical pixel element for generating a pixel of a display is therefore proposed, which is formed from at least two subpixels.
  • 2, 4, 6, 9, 12 or 16 subpixels are provided per pixel element.
  • redundancy is created here, the two subpixels receiving the same control information and being designed, for example, for the same wavelength. If one of these at least two subpixels fails, the pixel element can still emit the light of this wavelength.
  • a luminance of a subpixel can be adjusted in order to compensate for the lack of light of a failed subpixel.
  • the subpixels are implemented as so-called fields. If a pixel element is designed, for example, as a rectangular structure, the subpixels are formed within the structure of the pixel element by a further subdivision into fields. Each this subpixel in one field can be controlled independently of the subpixels of other fields.
  • the subpixels each have an optical emitter region. This is intended to ensure that each sub-pixel can be controlled individually and functions independently.
  • the emitter region comprises a p-n junction, one or more quantum well structures or other active layers intended for light generation.
  • the underside of the emitter region is designed with a contact which is provided for connection to a control unit or control electronics.
  • the control electronics are designed to electrically control the individual pixel elements and the individual subpixels.
  • the control electronics or the control device can be configured to recognize a defect in a subpixel and consequently to no longer use the defective subpixel.
  • the control electronics can be configured to control an adjacent subpixel in such a way that a luminosity is increased in such a way that a luminosity of an adjacent failed subpixel is compensated for.
  • a storage unit can be provided in the control electronics, for example, which stores an operating state of a subpixel.
  • a central detection of defective subpixels can take place here, in order to carry out a defect compensation if necessary by adapting the luminosity or switching on or off neighboring subpixels or pixel elements.
  • the time in which a subpixel is active can be increased in order to compensate for a failed subpixel.
  • the control circuit can also control them all with a reduced luminosity, a reduced time period or also multiplexed. Using functional subpixels with lower current and / or duration may increase the life of the subpi xel.
  • a subpixel separating element In order to separate two adjacent subpixels from one another within a pixel element, a subpixel separating element is provided.
  • the sub-pixel separating element acts in an electrically isolating manner with regard to the control of the respective emitter chips or the control of the sub-pixels.
  • this sub-pixel separating element can be designed in such a way that an electrical interaction between the emitter chips of the adjacent sub-pixels is prevented.
  • driving an emitter chip may have secondary electrical or electromagnetic effects on spatially adjacent or surrounding areas. Under certain circumstances, this can mean that an adjacent emitter chip could also be activated when driving a primary emitter chip.
  • the sub-pixel separating element is therefore designed in such a way that it prevents electrical crosstalk or electrical crosstalk on the neighboring sub-pixel and possible activation of the neighboring sub-pixel.
  • the subpixel separating element should be designed to be optically coupled with respect to the emitted light from the emitter chips of the neighboring subpixels, so that the visual impression is counteracted when individual subpixels are switched off.
  • optically coupling is to be understood here that light, which is generated by a primary emitter chip or a primary sub-pixel, can pass through optical crosstalk to the neighboring sub-pixel. This can advantageously prevent anyone from developing a dark punk or dark spot due to the defect of a sub-pixel. Instead, light from the neighboring subpixel can pass through and from the defective subpixel starting to be emitted in the emission direction. In this way, a visible effect of a defective subpixel can advantageously be compensated for.
  • the subpixel separating element therefore acts optically not separating and should not be achieved either. This is an advantage if a sub-pixel fails. Due to the lack of optical separation, the pixel as a whole is perceived and there is no other visual impression than when both subpixels are active.
  • the sub-pixel separating element can be designed in such a way that it electrically separates, but does not optically or optically even promote crosstalk.
  • the subpixel separating element is only drawn up to just before the active layer of the two subpixels or into the active layer. In other words, the sub-pixel separating element electrically separates two sub-pixel elements that are otherwise connected via common layers.
  • the subpixels have a common epitaxial layer.
  • pixel elements or entire displays are constructed in such a way that a common layer or a plurality of layers lying one above the other are grown, which connect a multiplicity of subpixels and / or pixel elements to one another. This can also be used, for example, to provide a common electrical contact or connection.
  • the epitaxial layer has Group III elements gallium, indium or aluminum and Group V elements nitrogen, arsenic or phosphorus, or combinations thereof or material systems with the elements mentioned. In this way, among other things, a color and wavelength of the light emitted by a light-emitting diode can be influenced.
  • the epitaxial layer can also have active semiconductor layers, that is to say for example a p-doped region and an n-doped region including the active boundary regions
  • active semiconductor layers that is to say for example a p-doped region and an n-doped region including the active boundary regions
  • an emitter chip is arranged on a first side of the epitaxial layer transversely to a longitudinal extent of an epitaxial layer plane. Whose light is then emitted across the epitaxial layer in the direction of a second opposite side of the epitaxial layer and is emitted from there.
  • the subpixel separating element extends in a trench-like manner into the epi-taxis layer transversely to the epitaxial layer plane, starting from the first side of the epitaxial layer on which the emitter chip or the m-LED is arranged.
  • the sub-pixel separating element is implemented here as a recess, gap, slit or similar structure, which can also be filled with an electrically insulating material.
  • the insulating material should also be optically transparent in order to simplify optical crosstalk.
  • the length of the trench is selected such that control signals to a subpixel do not electrically cross-talk to a secondary neighboring subpixel of the same pixel.
  • Such a trench-like structure increases, among other things, the electrical resistance due to the significantly longer path of the current flow and thus generates an electrical decoupling.
  • the optical effects which relate to the emitted light, in turn relate to a region of the epitaxial layer which lies further in the center or further in the direction of the second distant side of the epitaxial layer.
  • the depth of the trench such that an electrical isolation is ensured, but on the other hand, the trench ends in front of a region of the epitaxial chicht S can be transmitted in the light between two adjacent sub-pixels.
  • the emission direction of the emitter chip extends, for example, in the direction across the epitaxy layer in order to allow the light to emerge on the opposite second side.
  • the trench is at a right angle relative to the epitaxial layer plane.
  • a length d1 of the trench is less than an entire thickness of the epitaxial layer. It is assumed here that the epitaxial layer has at least approximately the same overall thickness over a large number of pixel elements and subpixels. According to a further example, the length d1 of the trench between the pixel elements is equal to the thickness of the epitaxial layer. In other words, this means that the trench runs continuously from the first side of the epitaxial layer to the second side of the epitaxial layer. According to a further example, the trench runs continuously obliquely through the epitaxial layer at an angle between 0 and 90 ° relative to the epitaxial layer plane.
  • each pixel element or its sub-pixel elements comprises a plurality of semiconductor layers in the form of a layer sequence, an active layer for generating light also being provided.
  • the active layer can comprise quantum wells or another structure that is prepared for generating light.
  • one or more layers spans multiple pixels or sub-pixels. For example, it can be provided that the active layer extends over several sub-pixels of one color.
  • the subpixels or pixel elements can be electrically contacted and / or controlled independently of one another.
  • contacts can be provided on the side of the subpixel that is remote from an epitaxy layer. These can be, for example, mechanical contacts, solder connections, clamp connections or the like.
  • the subpixels of the individual subpixels can be contacted and operated electrically without significant interaction with the neighboring subpixels of the adjacent subpixels. This can be particularly advantageous for recognizing the Functional state or operating state of a subpixel, since diagnostic information can be generated individually for each individual subpixel. It is also expedient to switch individual subpixels on or off without including the neighboring subpixels.
  • the individual subpixels are contacted via a carrier substrate.
  • the carrier substrate should on the one hand enable mechanical stability and on the other hand at the same time integrate the fine conductor structures for the individual contacting of the individual subpixels.
  • Additional elements such as control electronics or driver circuits can also be integrated in the carrier substrate and in particular in silicon wafers. This can have the same material system, but also a different material system via adaptation layers. In this way, silicon can also be used as the carrier material, as a result of which, in particular, control circuits can be easily implemented in this carrier.
  • a brightness of the pixel element can be set by switching individual subpixels off or on. It can be seen as an advantage here that just switching it off or on can already enable effective brightness control. For example, this can significantly simplify control electronics or a control unit.
  • a luminosity of one or more subpixels of the pixel element can also be set. This allows brightness to be set or calibrated more precisely in even finer gradations, or in conjunction with various wavelengths of the subpixels of the same pixel element.
  • the PWM can be used to adjust the brightness respectively. If a sub-pixel has failed, an equivalent brightness can still be achieved by extending the PWM control accordingly. Conversely, with intact subpixels, the PWM control can be adapted, which means that the subpixels can be operated at their maximum efficiency and possibly also result in lower thermal stress and thus a longer service life.
  • brightness dynamics of 2 L 3 steps can be achieved without varying other control variables such as current or ontime.
  • a dynamic can be increased by a factor of 2 L 3. This can also limit the complexity of the control electronics and thus corresponding costs.
  • an m display which has a multiplicity of pixel elements, as described above and below.
  • an m-display can be an optical semiconductor display, for example for applications in the augmented reality area or in the automotive field, in which small displays with very high resolutions are used.
  • Such a display can also be used with portable devices such as smart watches or wearables.
  • a pixel element separating layer is provided between two adjacent pixel elements. This is designed in such a way that the neighboring pixel elements are electrically separated with respect to the control of the respective pixel elements. Furthermore, the pixel element separating layer is designed to perform an optical separation with respect to the light emitted by the pixel elements.
  • a pixel element separating layer can initially be understood to mean abstractly any structure or material which separates two pixel elements from one another. Usually will a large number of such pixel elements in one plane, for example on a support surface, arranged side by side and connected to an electronic control system via contacts. In this way, a display as a whole can be formed.
  • the electrical and electromagnetic separation is intended to ensure that a pixel element can be controlled independently of the neighboring pixel elements and that there is minimal or no electrical or electromagnetic interaction, in particular no optical interaction. This is important only in order to be able to generate each pixel independently of one another for displaying a certain image content on the display.
  • the optical separation in turn is necessary in order to achieve sufficient sharpness and contrast or delimitation of the individual pixels on the display.
  • multiple pixel elements have a common epitaxial layer.
  • the pixel element separation layer is designed like a trench and extends transversely to the epitaxial layer in the emission direction of the emitter chips.
  • the pixel element separating layer is designed as a trench, gap, slot or similar recess, which either does not contain any solid material or has, for example, a reflective or absorbent material.
  • the pixel separating element is filled with an insulating material, in which a mirror layer is incorporated. The insulating material electrically separates two neighboring pixels and the mirror element prevents optical crosstalk.
  • the mirror element is also provided for collimation of the light or supports it.
  • the pixel element separation layer is intended to prevent electrical or electromagnetic signals from being transmitted from one pixel element to another pixel element.
  • the pixel separating layer should ensure that as little or no light as possible emits from one pixel element to an adjacent pixel element.
  • the pixel element separating layer can be formed solely by placing two separated pixel elements next to one another when they are arranged and thereby resulting in a correspondingly insulating or reflecting boundary layer.
  • the trench runs at right angles to the epitaxial layer plane, wherein a length of the pixel element separating layer is less than or equal to the thickness of the epitaxial layer.
  • the trench depth of the pixel element separating layer is greater than a trench depth of the subpixel separating layer. This should offer the advantage in particular that the pixel element separating layer brings about both an electrical and an optical separation due to its greater length. On the other hand, the smaller trench depth between the subpixels only results in electrical separation, with optical crosstalk being quite desirable.
  • the depth of the pixel element separation layer extends through and separates the active layer of two adjacent pixels.
  • the pixel element separating layer can extend to the radiation surface or just below it.
  • a method for calibrating a pixel element is proposed. This method is based on the idea that when starting up a display, optimal control should be made possible. This can mean, for example, that defective subpixels should be recognized as such and after that no further activation may take place. This can cause error messages, for example or malfunctions can be avoided.
  • the structure of the pixel elements with the subpixels means that each individual subpixel can be individually controlled and checked.
  • a sub-pixel of a pixel element is controlled, for example by control electronics or a control unit.
  • defect information of a subpixel is recorded.
  • the control electronics can be configured and configured such that a malfunction or a defect is recognized.
  • a current can be measured, for example, or other electrical quantities can be evaluated.
  • the defect information is stored in a storage unit of the control unit.
  • This information can be used, for example, to carry out optimized control by the control electronics. If, for example, a certain luminosity is to be achieved and it is known that a certain subpixel is defective, the control electronics can actuate the neighboring subpixels differently accordingly, for example to compensate for a luminous intensity. As a result, an amount of light emitted by the pixel element would be exactly or almost unchanged despite a defective subpixel and would not be noticed by an observer.
  • control electronics can be configured in such a way that they successively check all available subpixels via the individual separately addressable emitter chips and thus detect a functional state of the entire pixel element. According to an example this is done once when a display is switched on or after a certain period of time.
  • the edge of the etched active zone is passivated using various methods to solve the problem. Such methods are regrowth, in-situ passivation layer application, diffusion of species to shift the pn junction and to enlarge the band gap around the active zone, and wet etching washing to remove the damage as far as possible.
  • a pixel structure with a material bridge is proposed, which at least still includes the active layer. This reduces an increased defect density in the area of the active layer.
  • an array of optoelectronic pixels or subpixels in particular a micropixel emitter array, a micropixel detector array, or a combined micropixel detector-emitter array, comprises a respective pixel or subpixel that lies between an n -doped layer and a p-doped layer which forms an active zone.
  • there is material between two adjacent pixels formed the layer sequence from the n-doped side and from the p-doped side up to or in cladding layers or up to or at least partially interrupted or removed in the active zone.
  • material transitions are formed with a maximum thickness d c , whereby electrical and / or optical conductivities are reduced in the material transition.
  • a method for producing an array of optoelectronic pixels or subpixels in which, in a first step, an entire layer sequence with an n-doped layer and a p-doped layer is provided along the array, between which one active zone suitable for light emission is formed. Subsequently, between adjacent pixels to be formed, material of the layer sequence is removed from the n-doped side and from the p-doped side up to or into undoped cladding layers or until shortly before or to the active zone. The removal can be carried out using an etching process. After removal, however, there remains a material transition between the neighboring pixels, which encompasses the active zone and optionally a small area above, below or from both sides. This comprises a maximum thickness d c , at which an electrical and / or optical conductivity is effectively reduced by the material transition.
  • an array of pixels can be generated over a large area. Material is removed by the etching process, but there remains a material transition between adjacent pixels or subpixels, which encompasses the active layer. Thus, the defect density in the area of the active layer, in particular in the pixel areas, does not increase due to the etching process. Nevertheless, the individual pixels or sub-pixels are optically and electrically separated from one another. It it is therefore proposed to produce micropixel emitter arrays and micropixel detector arrays which are formed by means of micro pixels without etching through the active zone in such a way that optical and electrical crosstalk as well as loss of performance and reliability etched active zones can be avoided. In this way, etching defects are avoided or their number is effectively reduced.
  • pixels or subpixels each denote an m-LED, which emit light during operation.
  • m-LED which emit light during operation.
  • several sub-pixels of different colors are combined to form one pixel, also referred to as an image element.
  • the removed material can be replaced at least partially by means of a filling material.
  • a filling material In other words, after the partial removal of the material and in particular the n- or p-doped layers, the resulting space is filled up again, so that a planar surface results.
  • the functions of mechanical carrying, bonding and / or electrical insulation can thus be provided.
  • the removed material can be at least partially replaced by a material having a relatively small band gap and thus absorbing light from the active zone. This effectively reduces optical talk.
  • the removed material can be at least partially replaced with a material with a large refractive index, in particular larger than the refractive index of one of the cladding layers or the active zone. This can effectively create highly refractive interfaces that stop fundamental modes from spreading.
  • light absorbing material and / or material having a large refractive index can be applied to a respective one Material transfer can be applied. The material thus influences a waveguide in the material transition and thus prevents crosstalk.
  • the material with a large refractive index can be formed by diffusing or implanting a material that increases the refractive index into a filler material, in particular into a respective cladding layer.
  • the arrays can thus be effectively improved in terms of crosstalk in a simple manner without etching.
  • Another aspect concerns a reduction in electrical crosstalk.
  • a material for increasing light absorption and / or a material for increasing electrical resistance can then be introduced into the active zone of a respective material transition.
  • the corresponding procedures are relatively easy to perform.
  • the arrays can thus be effectively improved in terms of crosstalk in a simple manner without etching.
  • At least one optical structure in particular a photonic crystal and / or a Bragg mirror, can be produced along the material transitions, on or in these. These are particularly effective elements for reducing optical crosstalk.
  • a photonic crystal or structure can also be used to improve collimation of the light.
  • an electrical bias can be applied to the two main surfaces of the material transitions and an electrical field can be generated by a respective material transition.
  • This is an effective element in reducing optical crosstalk.
  • the electric field is generated by applying a bias voltage.
  • This Bias can, for example, be derived from the voltage for operating the pixels or originate from this. In some aspects, however, such a field can also be determined by an inherent material property.
  • an electric field is generated by a respective material transition. Electrical fields are thus built into the corresponding array, it not being necessary to apply a voltage.
  • the disclosed main surfaces of the material transitions and / or disclosed surface areas of the pixels can be electrically insulated and passivated by means of a respective passivation layer, in particular silicon dioxide.
  • a respective passivation layer in particular silicon dioxide.
  • the main surfaces of the pixel can be electrically contacted by means of contact layers, so that a vertical optical component is thereby generated.
  • One of the main surfaces can be connected to one another in an electrically conductive manner via a shared layer.
  • the material and / or the material transitions between a pixel and its neighboring pixels can be configured differently, in particular depending on the direction.
  • a method for producing m-LED modules is proposed, with the steps:
  • Layer stack comprising a first layer formed on a carrier, on which an active transition layer and on this a second layer is formed;
  • an m-LED module then comprises at least one layer stack providing a base module, comprising a first layer formed on a carrier, on which an active transition layer and on this a second layer is formed, with a first contact on a side facing away from the carrier Surface area of the second layer is connected, wherein a second contact is connected to a surface area of the first layer facing away from the carrier.
  • a base module can be created as the basic module of an m-LED module, in particular with a contact level for the contacts.
  • the basic module is part of a larger system, but can in its simplest form include an m-LED.
  • the base module contains several, at least two m-LEDs. These can be controlled individually or can also be constructed as a redundant form. According to a building block or modular principle, a whole can be divided into parts, which are referred to as modules. With a rectangular or any other shape and a common function of light emission, the modules can be easily assembled.
  • the starting point is an m-LED with a horizontal architecture.
  • the size of this optoelectronic component is designed in such a way that the requirements from the display area, where the smallest chip sizes are required due to very narrow pixel spacings, are met with regard to the emission area (approximately 300 pm 2 or less).
  • the m-LED architecture is designed in such a way that by simply adapting a process step, specifically with regard to the use of another mask for layer stacking or mesa structuring, LEDs can be made that consist of several sub-units of this smallest m-LED.
  • the basic size for a basic module is 15 pm x 10 pm.
  • the mask and a suitable contacting or singling would just as easily make a component with 15 pm x 20 pm or 30 pm x 30 pm, which in turn is suitable for various m-LED display applications.
  • a component comprises one or more base modules, which in turn can comprise one or more m-LEDs.
  • the modular design with the smallest chip currently required as the base unit or base module, with the option of converting it into a larger component with a multiple of the dimensions of the base unit, the base module, by means of only a slight adjustment in processing saves resources in the development and opens up a certain freedom in the production of such components. If, for example, applications in the m-LED range with a different brightness or pixel spacing are required, the chips required for this can be manufactured relatively easily.
  • the mesa layer stack
  • a contact level This involves varying two steps, but it is no longer necessary to ensure that all contact pads are connected.
  • further process steps for the n-contact connection such as, for example, in the case of the vertical chip after mounting on the target substrate, can be avoided. This can simplify production and thus reduce costs compared to other manufacturing technologies.
  • the second contact can be electrically insulated from and to the transition layer and to the second layer by means of a dielectric and can extend to the surface area of the second layer facing away from the carrier.
  • base modules are designed as a matrix along an XY plane along at least one row and along at least one column, base modules of a respective row being oriented identically.
  • the base modules of two adjacent rows become the same if necessary oriented. In this way, an electrical series circuit of basic modules is easy to carry out.
  • the base modules of two adjacent rows are oriented in opposite directions, with the same contacts being arranged adjacent to one another.
  • an electrical parallel connection of base modules is easily realized. Since with horizontal m-LEDs both contacts for n and p are on the underside, it is advantageous to arrange the chips alternately in rows. In this way, with a 2 x X configuration of the chip, the contacts for the p-side for both basic elements are in the center of the chip, the n-contacts are on the outside, which minimizes the risk of a short circuit.
  • the at least one light-emitting diode module is detached from the plurality of base modules by means of deep flank structuring through the first layer, in particular from the side of the second layer. It can be carried out by means of laser liftoff, from the side of a carrier facing away from the module. An etching process would also be conceivable.
  • Another aspect deals with the question of whether and to what extent such subunits can be provided with sensors.
  • sensors For m-displays, particularly in the field of augmented reality, but also in automotive applications, it can be expedient to provide sensors in order to record reactions or other parameters of a user.
  • one or more photo sensors can be provided in order to detect the viewing direction or a change from one viewing direction.
  • the amount of light can also be detected, for example to brighten or darken an image.
  • the same sensors can also be used for displays in automotive applications.
  • Sensors possible which capture a driver's attention, in order to initiate measures if necessary when fatigue is detected.
  • an m-display with a target matrix is therefore proposed, which is formed on a first carrier or end carrier.
  • the matrix or the m display has positions that can be occupied by m LEDs.
  • a number of components, in particular m-LEDs, are formed on a second carrier or replacement carrier, so that the target matrix has the same spacing from positions that can be occupied by components on the starting matrix.
  • the m-LEDs on the replacement carrier are grouped into a number of modules and these modules are separated from the second carrier, the modules being positioned on the first carrier in the target matrix and being electrically connected such that a number of components are unoccupied therein Places remain at least at least partially positioned and electrically connected at least one sensor element.
  • the vacant positions of the target matrix correspond to sub-pixel locations or pixel locations.
  • modules or subunits disclosed in this application are now provided on m-LEDs. Their size or their spacing corresponds to the corresponding parameters of the positions of the target matrix that can be filled.
  • the subunits are grouped into modules and positioned on the target matrix and electrically contacted that in this remains a number of vacant elements, at which at least partially at least one sensor element is positioned and electrically connected.
  • modules or sub-units are positioned on a display module or a display, so that some places remain that can be equipped with sensors. This makes the sensors part of the display. This has several advantages. For example, light falling on the display can be measured directly and then depending on the location, the illuminance of the module or even individual m-LEDs can be adjusted.
  • a method for producing an m-display has a target matrix with trained on a first carrier or end carrier and occupied by m-LEDs, which are arranged in rows and columns.
  • the vacant positions can correspond to sub-pixels.
  • the digits show a size and spacing that essentially correspond to the modules disclosed here.
  • the target matrix comprises positions arranged in rows and columns and which can be occupied by modules of m-LEDs.
  • the modules are now manufactured as disclosed here, for example with flat and deep mesa etching and grouped into modules.
  • the modules generated in this way are removed from the replacement carrier and positioned in the free spaces on the target matrix on the end carrier and electrically connected to the end carrier. In this process, however, previously defined positions are left blank.
  • These are then each equipped with at least one sensor element, which is positioned and electrically connected.
  • the end carrier can have line connections for the modules and the individual m-LEDs.
  • the end support in some aspects also includes at least one power source and / or the control electronics for the modules or m-LEDs applied.
  • the end carrier also contains the electronics for reading out the at least one sensor element.
  • the at least one sensor element can comprise a photo sensor.
  • the prepared modules or subunits on m-LEDs and the associated area of the target matrix on the end support must have the same grid or have the same size and, if necessary, the same periodicity.
  • the spacing should be the same, especially when larger modules with multiple rows or columns are transferred and applied to the end carrier.
  • one or more contact areas of a module or a subunit are congruent with a relevant contact area from occupied positions on the end carrier.
  • the modules can thus be installed in the target matrix on the end carrier.
  • the modules can thus be used or integrated into the target matrix on the end carrier. It is thus possible to construct a display in which the modules, in particular the m-LED modules, are arranged with the same distance from one another for all components.
  • a target matrix of a display is thus equipped with a very small distance between the seats that can be occupied.
  • each vacant position can be equipped with the smallest module to be manufactured.
  • the positions of the target matrix arranged in rows or columns can each have a distance b from one another.
  • the m-LED modules are each the same size and a distance a from each other. Distance a can be equal to distance b, which essentially corresponds to the above embodiment. However, distance b can also be a multiple of distance a.
  • positions that can be occupied also include the contact areas for the m-LED module or the subunit, the larger the space b of the positions that can be occupied, the larger the available space. In this way, larger modules can be used or several modules can be combined. If, for example, the distance b is 2.5 times as large as the distance a, a module that is composed of 4 individual modules can be placed on an occupied position and there is still a distance between the modules attached to adjacent positions .
  • m-LED modules can be used to implement different displays with different pixel or sub-pixel sizes and pixel spacing. This may be advantageous in that m-LED modules can be manufactured independently of the target matrix, its carrier and its wiring.
  • the flat mesa etching already disclosed which is used for the electrical contacting of the pixels and the formation of the m-LED modules and the target matrix and in which etching is carried out in the m-LED grid, is combined with a so-called deep etching, in which the chip Grid and the modules can be set.
  • this chip raster can differ from the pixel chip raster. For example, you could manufacture 2x2 chips with 4 subpixels (4 base units). A base unit is an m-LED.
  • a display with “holes” the size of a base unit or a multiple thereof is created. Under these “holes” or “missing subpixels”, for example, different sensors can then be accommodated. The combination enables subpixels with redundancy, whereby at Some of the redundant subpixels are replaced by the sensor It is expedient for this purpose that m-LEDs with a uniform chip architecture and an identical or simply variable size of the chips are provided for the production of displays, for which the techniques described here can be used.
  • modules of the type disclosed it is possible, for example, to use the cover electrode disclosed in this application or the surrounding structure to increase the luminous efficacy, and in some aspects the modules can then be further processed, for example by applying a photoelectric structure. At this point, however, it should also be mentioned that the m-LED modules can already be provided with such a structure in their manufacturing process.
  • the m-LED are combined into rectangular or square modules, which in turn can be combined in any manner, in particular in rows.
  • Wafers can be prepared from modules of this type by means of flat and deep etching, which can then be separated as required for the target matrix. Let it this way modules of different sizes are realized. The free positioning allows targeted vacancies to be left vacant. Likewise, groups of cells or entire rows or columns can remain empty. Finally, these modules can be used to equip displays whose target matrix has a different arrangement of vacant positions, for example not in rows and columns.
  • At least one module can have four pixel elements in two rows and two columns. Each pixel element can comprise one or more subpixels. In another embodiment, a module can have four sub-pixel elements, which are also arranged in a 2x2 matrix. This is an easy-to-use version. According to a further embodiment, at least one module can have two rows and two columns, but only three components. This is an easy-to-use version in which an empty position is already provided with the module.
  • At least seven modules, each with four pixel elements and at least two modules, each with three pixel elements, can be positioned and electrically connected in the target matrix on the end carrier in such a way that at least two positions unoccupied by pixel elements are generated, at each of which at least one sensor element is positioned and is electrically connected.
  • the modules can be designed as desired and linked to one another on the end support or positioned in such a way that vacant positions can be created in a targeted manner.
  • the pixel elements either comprise several sub-pixel elements and corresponding m-LEDs, or each pixel element is itself an m-LED.
  • the positions occupied by sensor elements can be framed by components. On In this way, clearly defined positions, vacant positions of components, can be made available explicitly for sensor elements.
  • the modules can be created as subpixels. Modules that emit in different colors may have been produced on different second carriers or replacement carriers.
  • a plurality of sensor elements can be formed as part of a sensor device formed on the first carrier or end carrier in order to receive electromagnetic radiation which strikes a first side of the first carrier. In this way, different radiation spectra can be recorded depending on the use.
  • a sensor element can be formed as a photodiode, in the form of a phototransistor, in the form of a photoresistor, in the form of an ambient light sensor, in the form of an infrared sensor, in the form of an ultraviolet sensor, in the form of a proximity sensor or in the form of an infrared component.
  • the sensor can also be a vital sensor that detects a vital parameter.
  • the display device is therefore versatile.
  • a vital sign can be body temperature, for example.
  • the vital sign monitoring sensor can be arranged inside a display screen or behind the rear surface of a display screen, where the sensor is set up to measure one or more parameters of a user.
  • this parameter is also e.g. the direction of the eye, pupil size, skin resistance or the like.
  • a component can have a first layer formed on a carrier an active transition layer and a second layer is formed thereon.
  • a first contact is closed on a surface area of the second layer facing away from the carrier, and a second contact is connected to a surface area of the first layer facing away from the carrier.
  • This configuration corresponds to a vertical m-LED.
  • the components can be contacted from only one side.
  • the second contact can be electrically insulated from and to the surface region of the second layer facing away from the carrier by means of a dielectric to the transition layer and to the second layer.
  • m-LEDs can also be attached to a carrier board and then contacted. Because of the size of individual m-LEDs, they are difficult to transfer and contact individually. For this reason, for some applications in the automotive, video owalls or even in special cases with augmented reality applications, m-LEDs are first placed on a somewhat larger carrier and this is then contacted with cables on a circuit board.
  • the circuit board can in turn be a video wall, pixel matrix or a similar screen arrangement.
  • Such calculations Anord sometimes require special connection techniques also vary from device to device and technology or production S tellungslui. This makes the provision of various m-LEDs or modules with such quite complex.
  • an m-LED module comprises a body with a first main surface and four side surfaces. At least three contact pads are arranged on the first main surface. These are each designed to be electrically connected to an optoelectronic component. For example, the three, or a subset of these, are connected to an m-LED with an edge length of 10 gm or less. According to the invention, a plurality of contact webs are also provided. Each contact bridge electrically connects one of the at least three contact pads.
  • the contact webs on the first main surface lead to at least one of the four side surfaces.
  • the contact webs are arranged on the first main surface and the at least one of the side surfaces.
  • the contact webs form contact tabs on the side surface, ie they are designed for external contacting.
  • Rewiring is thus possible with the proposed m-LED module, so that the module can be connected in a simple manner to the predefined connection points on a carrier or a matrix.
  • the significantly smaller m-LEDs can be arranged on the module beforehand, so that additional space for electrical connection is created with the module. This allows greater flexibility and the use of such modules for different applications.
  • modules and m-LEDs can also be combined to form a larger module in this way.
  • the individual m-LEDs can be manufactured separately, which means that the technology that is optimal for the respective m-LED can be used.
  • a single m-LED can also be implemented redundantly.
  • Larger modules are also referred to as segments.
  • the special modules disclosed here with flat and deep mesa etching can also be used.
  • a configuration in the form of bars or with the proposed antenna structure would also be the case conceivable.
  • the proposed rewiring enables modules and m-LEDs to be manufactured individually and adapted to the respective application.
  • the contact webs only run along the side walls; in a further embodiment, they are also connected to contact pads on a second main surface, the underside of the m-LED module. There are both contact pads on the top (for the m-LEDs) and on the underside of the m-LED module.
  • the m-LED module can be used for manufacturing processes based on SMT (surface mounted technology) as well as for contact web processes in which contact webs on the carrier are brought up to the side surfaces of the module.
  • SMT surface mounted technology
  • the configuration makes the module more flexible and can also better compensate for the manufacturing tolerances of the carrier (for example in the contact web length or size).
  • a second side surface of the four side surfaces only has the fourth contact web.
  • This contact bridge can be excellent, for example, in a company with a special potential.
  • it can also differ optically, for example by its size on the side surface from the other contact webs. This ensures that the module is placed the right way up during the transfer.
  • two of the three contact webs are arranged on different side surfaces.
  • four contact webs are provided, each arranged on one side surface and preferably with a contact pad on the underside of the module, i.e. the second main surface are connected.
  • contact webs are also arranged on the first main surface. These run to the corners and then along the corners of the side surfaces in the direction of a second main surface, for example the underside of the module.
  • Another aspect relates to the design of the module body. Then this has, for example, a prism with the base of a rectangle or other square surface.
  • a second main surface is provided which lies opposite the first main surface and has a larger surface than this.
  • the first main surface encloses an angle of 90 ° or more with each of the four side surfaces. This creates a prismatic or square truncated pyramid.
  • the side surfaces are not arranged perpendicular to the first main surface.
  • the contact webs and / or the contact pads comprise a, in particular vapor-deposited, metal lug, the thickness of which is less than 5 gm, in particular less than 2 gm or even less than lgm.
  • the thickness of the contact lands and contact pads can be in the range from 100 nm to 50 nm.
  • the metal flags and contact pads can also be deposited on an insulating layer of the module body, for example by MOCVD or the like. Contact pads on the underside can be made in a separate step.
  • the module body comprises at least one through-hole which is at least partially filled with an electrically conductive material, the electrically conductive material on the first main surface being connected to or forming one of the at least three contact pads arranged on the first main surface.
  • the module body can be designed with continuous main surfaces.
  • the body can Show recess on the first or the second main surface, in which at least the contact web runs.
  • a contact web on the second main surface can be connected to a via and lead to a contact pad.
  • a contact bridge can connect at least one m-LED arranged on the first main side to the through-hole plating.
  • the body can have silicon or be formed from it. It can be surrounded by an insulating layer, for example silicon dioxide, in order to prevent a short circuit.
  • the silicon material can be free at a point to which a reference potential is connected. Vias through the body are also lined with insulation material. The contact lands and contact pads are applied to the insulating layer.
  • the module body can have a thickness of less than 30 pm, in particular in the range from 5 pm to 15 pm. This enables a very low overall height of only a few 10 pm. The overall height of the module can be reduced even further by an additional recess in which the optical components are inserted.
  • Another aspect relates to a method for producing an m-LED module, in which, among other things, a membrane wafer is structured so that it has a multiplicity of essentially V-shaped trench-shaped depressions.
  • the depressions are designed in such a way that a first main surface of the structured membrane wafer, delimited by trenches, forms an angle of 90 ° or greater with the flanks of the trenches.
  • several contact pads are produced on the first main surface of the membrane wafer.
  • lines, contact tabs and webs can be created on the first main surface and the side surfaces.
  • at least one optoelectronic component in particular an m-LED, is applied to the module and electrically conductively connected to a contact pad.
  • a temporary one Carrier provided and the membrane wafer after re-bonding with the temporary carrier etched back up to or just before the trenches.
  • contacts from the rear are attached and optional separation.
  • a pixel error can be reduced in monolithic arrays by providing a redundant subpixel. Electrical crosstalk is avoided, while optical crosstalk between the redundant subpixels is still possible. A similar problem also exists with separated pixels. Although functionality can be tested before separation, the small size of m-LEDs during the transfer to the backplane in production can lead to errors in positioning or connection. In addition to continuous improvements in the manufacturing process steps, there is the approach of providing every pixel of a pixel array with redundant m-LEDs or more precisely with redundant positions on which m-LEDs can be placed.
  • a method for producing a pixel array or a pixel array includes, among other things, providing a substrate for array-like arrangement of pixels on the substrate and for electrical contacting of the pixels, the substrate providing a set of primary contacts for a pixel , where the set of primary contacts of the Pixel is provided for the electrical contacting of a group of sub-pixels of the pixel, the substrate providing a set of replacement contacts for the pixel. Then the primary contacts of the pixel are populated with a group of m-LEDs, the set of replacement contacts of the pixel not being populated.
  • a pixel can comprise one or more sub-pixels.
  • the pixel can also be designed to connect a vertical or a horizontal m-LED.
  • a primary contact can comprise at least one contact area (with a vertical m-LED) or two contact areas (when equipped with horizontal m-LEDs). One of the two contact areas can be used by several m-LEDs, including the redundant one.
  • one of the lid electrodes presented here can be provided.
  • the pixel field can also be surrounded by a circumferential mirror layer.
  • an m-LED module can comprise two basic modules, so that one basic module is provided as a redundant unit.
  • the method according to the invention thus allows the primary contacts for each pixel of a pixel field to be populated with an intended group of subpixels.
  • a primary contact is populated with a sub-pixel.
  • the defective subpixels on the primary contacts can then be determined in each pixel.
  • a replacement contact for the pixel is populated with a replacement subpixel in a subsequent step. Consequently If only one replacement contact is fitted with a subpixel in a pixel in order to replace a functionally identified subpixel on the primary contacts that is identified as faulty.
  • a redundant placement of the pixels with several, same-colored subpixels is not necessary. Compared to the redundancy concepts known from the prior art, far fewer subpixels are used in a pixel field to be produced, since an increased population takes place only after faulty subpixels have been identified. The manufacturing costs can thus be reduced.
  • control techniques can be used in this application, on the one hand to test the functionality of an m-LED and, on the other hand, to reliably separate the faulty m-LED in the event of a failure, in particular in the case of a "SHORT" by melting a fuse or other measures the faulty ones remain on the pixel, which means that additional process steps can be omitted.
  • the steps of identifying a faulty subpixel in the group of subpixels and fitting a replacement contact with a replacement subpixel can be carried out. Pixels for the identified subpixel are repeated until the substitute subpixel is present in the pixel for each subpixel identified as defective. For all defective subpixels of a pixel, the substrate can therefore be equipped with replacement subpixels in a subsequent process step.
  • a subpixel identified as faulty does not have to be removed if the faulty pixel has been declared as “OPEN”, ie no fault current flows through the damaged or destroyed pixel.
  • Circuitry measures can also be provided to ensure electrical contacting for a Separating identified, defective subpixel can be avoided by energizing the defective subpixel during operation of the pixel field. Appropriate concepts are disclosed in this application and can be used for this purpose.
  • the process of removing faulty subpixels can be eliminated. This makes the manufacturing process faster and cheaper.
  • the risk of damage to the pixel field when removing defective subpixels is eliminated.
  • a repair with removal of a defective sub-pixel allows the further use of the primary contact area that becomes free.
  • residues and damage reduce the likelihood of success of a second placement and bonding process.
  • the replacement contacts provided, on the other hand, are free of residues and damage.
  • a subpixel identified as defective and the replacement subpixel are provided for emitting light of the same color.
  • a defective subpixel is thus replaced by a replacement subpixel which, at least approximately, emits the same color as the defective subpixel if it were functional.
  • the group of sub-pixels of a respective pixel can comprise one or more sets of RGB sub-pixels. RGB stands for red, green and blue.
  • the group of subpixels can therefore have, for example, three subpixels.
  • One subpixel can be designed to emit red light, another subpixel can be designed to emit green light, and yet another subpixel can be designed to emit blue light. Additive mixing of the three primary colors red, green and blue can produce any or almost any color in a manner known per se.
  • the group of subpixels can also have more than one respective subpixel for generating each primary color.
  • the group of subpixels can comprise, for example, 6 subpixels, two subpixels each being provided for generating red, green or blue.
  • no replacement contact of the pixel is equipped with a replacement sub-pixel if no defective sub-pixel is found in the pixel.
  • the pixel field can thus have pixels in which the replacement contact or the replacement contacts are not equipped.
  • the contacts can, for example, be designed in such a way that so-called flip chips can be arranged on these contacts and electrically connected. Flip chips are optoelectronic chips whose electrical p and n contacts are on the same surface side.
  • the replacement contacts can be designed for anode-side and / or cathode-side contacting of the replacement sub-pixels of a pixel. The redundancy of the contact areas for the subpixels of a respective pixel achieved by the replacement contacts can thus affect both the cathode and the anode of a sub-pixel or just one of the two connections.
  • a sub-pixel or a replacement sub-pixel is formed by an m-LED, which is placed on the respective contact and is electrically and mechanically connected.
  • the replacement contact can be populated with a replacement subpixel for the subpixel identified as being defective, regardless of the color of the light emitted by the replacement subpixel.
  • each primary contact is fitted and only the replacement contacts of the m-LEDs declared as faulty.
  • a primary contact does not have to differ technically from a secondary contact in terms of circuitry or from its structure on the surface. In this respect, combined assembly can therefore also be used.
  • the first contact populated by an m-LED of one color represents the primary contact.
  • the proposed concept also relates to a pixel array with a substrate for the array-like arrangement of pixels on the substrate and for the electrical contacting of the pixels, the substrate providing a set of primary contacts for a pixel.
  • the set of primary contacts is intended for the electrical contacting of a group of subpixels.
  • the substrate also provides a set of replacement contacts for the pixel.
  • the primary contacts are equipped with the group of subpixels, the group of subpixels having a faulty, deactivated subpixel, and with a substitute contact of the set of substitute contacts of the pixel having a substitute subpixel as a replacement for the faulty, deactivated subpixel is populated.
  • the number of replacement contacts occupied can be different for at least two pixels of the pixel field. This results from the fact that in a pixel the replacement contacts are only included Replacement subpixels can be populated if defective subpixels are identified on the primary contacts.
  • m-LEDs are now increasingly being developed, the edge lengths of which are usually less than 100 gm, often between 70 gm and 20 gm.
  • the dimensions are also less than 20 gm, for example in the range from lgm to 10gm or even lgm to 5gm.
  • One of the technical challenges in connection with g-LEDs is in particular the manufacturing process, since a large number of m-LEDs not only have to be produced, but also have to be installed in matrices or modules.
  • the m-LEDs produced are either transferred as individual chips, or are already combined in the modules presented here to a support surface of the module or the display, fastened there and electrically connected. With millions of LEDs to transfer, this process is critical in terms of speed and accuracy.
  • the m-LEDs are picked up from a wafer with the aid of a suitable tool or raised on.
  • a suitable tool for example to be able to position a tool such as an elastomer stamp with its cushion structures as precisely as possible above the respective m-LED.
  • a surface structure should always be homogeneously and spatially positioned in the same way, so that a transfer tool can attach to a chip surface as standardized as possible with a high probability of success.
  • a method for providing an m-LED in which a first electrically conductive contact layer is arranged on a first main surface side of the functional layer stack facing away from the substrate.
  • the layer stack is designed as an optically active layer stack and accordingly correspondingly forms an m-LED.
  • at least one holding structure attached to the substrate and carrying the m-LED is formed.
  • the contacted functional layer stack can be broken off during a lift-off by the holding structure.
  • a second electrically conductive contact layer can be attached to the second main surface side of the functional layer stack in the region of the removed sacrificial layer
  • a functional layer stack is only lithographically processed on only one side of a substrate, as a result of which additional re-bonding is possibly avoided.
  • the holding structure can in turn be adapted lithographically to the requirements, the size of the layer stack and other parameters.
  • the layer stack is contacted on both sides, thus forming a vertical m-LED.
  • an m-LED which has a functional layer stack.
  • a first electrically conductive contact layer is attached to a first main surface side of the functional layer stack facing away from a substrate and a second electrically conductive contact layer is attached to a second main surface side of the functional layer stack facing the substrate.
  • the contacted functional layer stack is carried, in particular freely, by at least one holding structure attached to the substrate. Due to the holding structure, the contacted functional layer stack can be broken off in further process steps while lifting off. Accordingly, the layer stack or the m-LED has a broken edge after lifting and in all subsequent process steps.
  • the measures proposed here do not have to be re-bonded and simple alignment of a lithographic masking is possible.
  • the formation of a vertical m-LED is just as possible as a horizontal LED. Absorption is reduced and light is decoupled by the horizontal The surface is enlarged, whereby thinner epitaxially produced layers are possible. Without bonding, the epi structure of a layer sequence is subject to less mechanical stress.
  • the sacrificial layer allows a more precise etching process, since the etching process for the sacrificial layer can be very selective. The contact layer can therefore be made thinner.
  • the holding structure can in particular have InGaAlP or AlGaAs or BCB or an oxide, for example SiO 2, or a nitride or a combination of such materials, and in particular can be electrically non-conductive. In this case, it would also be configured to pass the layer stack.
  • the holding structure can be at least partially grown epitaxially or generated by means of vaporization or galvanically.
  • the sacrificial layer AlGaAs or InGaAlP sen and wet-chemically etched away, the first and / or second electrically conductive contact layers can be carried out by sputtering, damping, galvanically or epitaxially.
  • the contact layers can be transparent and have ITO or ZnO or a metal.
  • a flank of the contacted functional layer stack is covered by a passivation layer.
  • a first support layer in particular InGaAlP and / or AlGaAs, can be formed on the functional layer stack on the first main surface side thereof, to which the first electrically conductive contact layer can be attached, the first support layer and the first electrically conductive contact layer are attached at least at one point on the substrate and can thus together provide the holding structure.
  • Another point of view deals with the question of how to avoid breaking edges and improve lifting.
  • a solution is proposed here in which a mechanical connection between the m-LED and a surrounding or underlying substrate is maintained with crystalline, dielectric holding structures.
  • this mechanical connection is designed in such a way that on the one hand it holds the chip of the m-LED mechanically reliably in place, but on the other hand it breaks when the smallest possible bending force or tensile force is exerted and thus releases the chip for removal.
  • a carrier structure here means an arrangement which can accommodate a large number of such m-LEDs, for example with edge lengths in the range from 5 pm to 20 pm or less.
  • the purpose here is in particular a mechanically stable fixation, for example relative to a grid or a matrix, with the best possible use of the available space.
  • this support structure should be suitable to provide the plurality of microchips for transfer using a transfer tool.
  • the carrier structure furthermore has at least two receiving elements which are connected to the carrier substrate.
  • a receiving element is to be understood here as a mechanism or functional element which is suitable for spatially fixing an m-LED in interaction with other receiving elements by mechanical contact, or for holding it in a defined spatial position.
  • a receiving element can have a diameter, for example, in the range of 1 m.
  • a microchip is attached to two receiving elements.
  • the carrier structure comprises a flat carrier substrate.
  • a carrier substrate can be, for example, a wafer, a film, a frame or the like from the field of semiconductor production.
  • a wafer in addition to its function as a base plate or base material for the semiconductor manufacturing process, a wafer can also offer a support function or carrier function for preparing a subsequent mass transfer.
  • flexible materials such as foils, are also suitable as a carrier substrate.
  • a receiving element can be configured in a column-like, pillar-like or pile-like manner starting from the carrier substrate.
  • the corners or edges of the microchip partially but not completely rest on the at least two receiving elements.
  • the receiving elements are connected to the carrier substrate and designed to detachably hold a microchip between the at least two receiving elements in such a way that m-LED can be moved out perpendicularly to the carrier structure plane with a defined minimum force.
  • an edge length of the m-LED is at least 10 times, in particular at least 20 times, larger than an edge length of the receiving element.
  • “Detachable” is to be understood to mean that there is no permanent, for example cohesive connection such as, for example, melting, gluing or the like between the microchip and the receiving element, but rather a non-destructive, detachable connection.
  • the attachment can be made to a physical connection, such as an adhesive connection by van - De-Waal's forces or electron bridges are based on different materials and a suitable selection of the same between the m-LED and the receiving elements. In particular, this is intended to avoid breaking or similar processes in which material structures are destroyed the corresponding fragments, particles or splinters would be involved. Instead, alternative adhesive mechanisms such as the use of mechanical friction or delamination are used. Known limited or limited adhesive properties of materials or M combinations of materials used. According to one example, the m-LED lies between two or more receiving elements.
  • Adhesive forces or other adhesive forces result on the contact surfaces, which allow the m-LED to be mechanically fixed in the room. If a defined minimum force now acts on the m-LED, for example by means of an attached transfer tool, detaching forces are consequently effective at the contact surfaces between the m-LED and the receiving elements. Through a suitable selection of materials or material combinations This defined minimum force can be influenced in these contact areas.
  • the contact areas or overlaps can have dimensions in the range from 0.05 pm 2 to 1 pm 2 , for example. It is desirable that on the one hand a secure hold of the p-LED on the support structure is achieved. On the other hand, for an effective and fast mass transfer of the p-LED it is essential that the p-LED can be lifted up and removed with as little force as possible. For this purpose, it can be provided that the ratio between the contact area of each element and chip and the total chip area is less than 1/20, in particular smaller than 1/40 and in particular in the range of 1/80 to 1/50 smaller than the chip area. In an alternative embodiment, an edge length of the p-LED is at least a factor of 10, in particular at least a factor of 20, greater than an edge length of the receiving element. The available area of the receiving element can be larger, but the p-LED is only on part of this area. The contact area of the chip is thus at least 20 times, in particular at least 40 times smaller than the entire chip area.
  • a suitable compromise can be found here, for example through the appropriate selection of materials or material combinations as well as the dimensioning and placement of the contact surfaces.
  • the defined minimum force can also be influenced by designing the size and shape of these contact surfaces. Large contact areas consequently lead to a higher minimum force required to detach the p-LED from the support structure.
  • magnetic, electrical or similar holding forces are also conceivable.
  • the carrier structure it is also possible for the carrier structure to have only a single receiving element, with which an m-LED is held. Due to the low weight of the semiconductor structures, it may be conceivable that a contact surface between the single receiving element and the m-LED which is suitable in its shape and of sufficient size achieves a sufficient hold in combination with a suitably high minimum force for detaching the m-LED can be.
  • a substrate for producing the m-LEDs can also serve as a support structure.
  • a sacrificial layer or sacrificial layer can be provided.
  • the m-LED is connected to the growth substrate.
  • this intermediate sacrificial layer is removed, for example, by gas- or plasma-based etching processes, so that a space is created between the m-LED and the wafer.
  • the thickness of the sacrificial layer is, for example, 100 nm (nanometers) to 500 nm.
  • the receiving elements take on a holding function for the m-LED on the carrier structure.
  • the receiving elements can have the shape of an anchor.
  • the m-LED is usually pulled off in a direction away from the carrier substrate, with a force vector which is at least partially perpendicular to a carrier substrate plane, which is to be understood in the x-y direction.
  • the Aufnähmeelix remain on the support substrate and in particular do not break. As a result, no residues of the receiving element remain on the m-LED, which can cause problems during subsequent processing.
  • At least one receiving element is designed to simultaneously hold and / or support a further, adjacent m-LED.
  • M-LEDs often take up space, which ideally should be minimized in order to achieve a higher yield on a wafer. Due to the manufacturing process, the m-LEDs are in turn arranged side by side on a wafer in a regular structure.
  • a receiving element In between there are process-related gaps.
  • the inventors now propose to position a receiving element between two adjacent m-LEDs, so that this receiving element supports or takes on several adjacent m-LEDs.
  • the advantage here can be seen in the fact that less than an entire holding structure can be reached per component. This can reduce the total number of receiving elements and thus save space and consequently cost savings.
  • an overall yield of the chips remains essentially constant, since no additional space is required for the holding structure on the wafer, which is at the expense of the number of m-LEDs.
  • a receiving element may have oppositely arranged contact surfaces which are then in mechanical contact with the adjacent m-LED in this direction.
  • the receiving elements can then be distributed and arranged over a surface of the carrier substrate in such a way that a minimal number of receiving elements is used for a secure hold of the m-LEDs.
  • This can be advantageous, for example, for the effective use of a transfer tool in order to enable the m-LEDs to be picked up effectively and quickly.
  • the receiving elements are arranged on the carrier substrate in such a way that an m-LED is held by exactly three receiving elements.
  • the choice of three receiving elements can be an advantageous compromise in that a good spatial stabilization can be achieved in combination with an advantageous distribution of the holding forces. Moving or tilting, especially in lateral direction on the carrier substrate can be effectively prevented here.
  • a receiving element can attack the lateral areas in the X-direction and Y-direction on the mic rochip, for example in the middle, off-center or at an edge or corner.
  • Several receiving elements can also be arranged on one and the same side of an m-LED.
  • a delamination layer is provided on the m-LED or on the receiving element in order to move the m-LEDs out of the carrier structure.
  • delamination is used here to describe a detachment process that occurs when two surfaces come into contact, or more generally when two layers are connected. This can concern similar materials, but also material connections or different material surfaces.
  • the deliberate creation of a so-called delamination layer is intended to prevent fracture processes or material-destroying or structure-changing processes and instead to cause the layers or surfaces to separate from one another without destruction.
  • Certain combinations of materials can be used here, for example a combination of Si0 2 and Al2O3, but also the use of non-oxidizing metals such as silver, gold or similar materials in combination with a dielectric such as Si0 2 .
  • the surface of the receiving element is thus surrounded with the delamination layer, so that the delamination layer is formed between the m-LED and the receiving element.
  • the delamination layer can be only a few nm thick, for example in the range from 5 nm to 50 nm.
  • the delamination layer can also be designed as an etching stop layer or can also optionally extend over other parts of the carrier structure.
  • the receiving elements are arranged in a mesa trench of a semiconductor wafer.
  • optimal use of space on a wafer is essential Increasing the yield is desirable.
  • Holding structures for m-LEDs often take up additional space.
  • three-dimensional structures are created through various process steps, in which, for example, an m-LED is designed as an elevation or mesa. So-called mesa trenches are formed between these individual m-LEDs.
  • mesa trench is intended to describe a comparatively steep flank-like shape on the sides of an m-LED, the trench, i.e. the area without epitaxy references the deep structure in between.
  • the mesa trench can have a slope in the range 30 ° to 75 °, in particular 45 °.
  • the idea here is to arrange the receiving element precisely in this spatial area, which is available anyway, without taking up additional space on the wafer. In this way, a better utilization of the available space on the wafer can be achieved.
  • the carrier structure and the receiving elements are made in one piece.
  • the carrier substrate here can again be a wafer, for example, but also a PCB board, film, frame or similar structure.
  • the receiving elements themselves consist of a different material and / or structure than the carrier substrate.
  • This can be achieved in a manufacturing process, for example, by the fact that the originally existing wafer structures are obtained in a targeted manner using the various process steps and are not removed, for example, by etching processes. These structures then serve as receiving elements and holding structures for the finished m-LEDs.
  • the pickup element is designed to hold an m-LED to the side and from an underside of the m-LED.
  • the pickup element can make sense on the one hand to create a partial contact surface or contact surface that offers a mechanical stop in the Z direction, i.e. in the direction of the carrier substrate.
  • spatial fixation can take place in the lateral direction, that is to say in the X direction and Y direction, in that a lateral stop is additionally provided.
  • the m-LEDs can be easily lifted off in the Z direction away from the carrier substrate by a transfer process or a transfer tool.
  • the holding elements have m-LED holding surfaces which lead away obliquely relative to the carrier substrate plane, so that when the m-LEDs are moved away from the holding elements, a holding force on the m-LED is reduced.
  • the holding surfaces move away from the m-LED, the further the m-LED is moved in the direction away from the carrier substrate.
  • a holding force is successively reduced when the m-LED is lifted away from the carrier structure, for example by a transfer tool. Above all, this should advantageously bring about a reduction in the force required to pull the m-LED, in particular to reduce the running times of the process steps and to increase the quality of a transfer process.
  • transfer processes such as laser transfer printing or “self-assembly” of individual micro-light-emitting diode chips from a solution or electrostatically-activated or diamagnetic transfer process are known.
  • An expansion of these concepts is explained in more detail with the electrostatic transfer disclosed here.
  • a method is to be specified with which optoelectronic semiconductor chips with particularly small dimensions, ie m-LEDs, can be picked up and stored and, at the same time, those m-LEDs that have certain defects can be sorted out.
  • a corresponding device for receiving and storing optoelectronic semiconductor chips is to be created for who.
  • the proposed concept is based on the aspect that electron-hole pairs are generated in m-LEDs and generally in optoelectronic semiconductor chips.
  • the m-LEDs can each have a semiconductor layer with a photosensitive region, which is also referred to as an optically active region.
  • Charge carriers or electron-hole pairs can be generated in the optically active region by appropriate excitation, in particular by incident light.
  • An electron-hole pair consists of a defect electron and an electron that has been put into an excited state by the absorption of energy from its ground state in the crystal.
  • the electron-hole pairs can be separated from one another by suitable properties of the semiconductor material, such as, for example, two regions with different concentrations of dopants, such as a pn junction.
  • suitable properties of the semiconductor material such as, for example, two regions with different concentrations of dopants, such as a pn junction.
  • charges are generated in the respective semiconductor chips, which generate a dipole field outside the semiconductor chips. This process is also known as the photovoltaic effect.
  • the height of the dipole field generated by a respective semiconductor chip depends on the properties of the semiconductor chip.
  • Semiconductor chips can have defects, such as short circuits, shunts or lower efficiency, which typically lead to an accelerated outflow of the charges generated by the excitation and thus to a reduced dipole field.
  • a recording tool which serves to record the m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips and to deposit them at predetermined locations or locations, for example on a circuit board on which the m-LEDs are mounted should.
  • This process is also referred to as "pick and place” in the English-language specialist literature.
  • the recording tool generates an electric field at least at certain points, for example by being electrically charged at these points.
  • the m-LEDs are switched on or added after the generation of the electron-hole pairs from the recording tool.
  • the electrical field generated by the recording tool interacts with the dipole fields of the optoelectronic semiconductor chips, as a result of which an attractive or repulsive force is generated between the recording tool and the optoelectronic semiconductor chips.
  • the electrostatic interaction or force can overlay an interaction or force that exists between the receiving tool and the optoelectronic semiconductor chips even without the electrical dipole fields caused by the electron-hole pairs.
  • a van der Waals attraction or an electrostatic attraction can exist between the recording tool and the respective optoelectronic semiconductor chips even without the dipole charge generated by the excitation. Due to the additional electrostatic attraction, a threshold can be overcome, above which the m-LEDs are released from a carrier on which the m-LEDs are arranged and picked up by the recording tool.
  • the force for removing the optoelectronic semiconductor chips from the carrier can be greater than the force which is required for holding the removed optoelectronic semiconductor chips by the holding tool.
  • the electrostatic force may only be required to remove and not to hold the optoelectronic semiconductor chips. Consequently, the presence of the electrical dipole fields is only necessary for removing the optoelectronic semiconductor chips, but not necessarily thereafter for holding the optoelectronic semiconductor chips.
  • m-LEDs with certain defects for example short-circuits, shunts, low efficiency or other defects, have a lower dipole field when excited than m-LEDs without such defects.
  • the electrostatic interaction between the pick-up tool and the defective m-LEDs is so small that they cannot be picked up by the pick-up tool and remain on the carrier.
  • the electrostatic interaction between the receiving tool and the m-LEDs is selected such that the effective force is only sufficiently strong in functional m-LEDs.
  • the electric field generated by the receiving tool is selected such that the resulting electrostatic force is sufficient only in interaction with functional m-LEDs to lift the m-LEDs. In the case of defective m-LEDs that have a smaller dipole field, the interaction is not sufficiently large.
  • a suitable design can alternatively cause the m-LED or optoelectronic semiconductor chips with certain defects that reduce the dipole field to be picked up by the recording tool and “good” m-LEDs with higher dipole fields to be repelled by the recording tool and on This configuration also results in a separation of good and defective m-LEDs and optoelectronic semiconductor chips.
  • the recording tool can be made of a suitable material to generate an electrical field.
  • the recording tool can be polydimethylsiloxane (short: PDMS)
  • the metal contacts can be connected to an electrical voltage source in order to charge the PDMS material for generating the electrical field, and the tool can also be made of a suitable electrically charged material , which is an elect generated field.
  • Another option for generating the electrical field is to generate the electrical field, for example, by contacts inside or on the surface of the receiving tool and an electrical voltage.
  • the electrical field can also extend between the receiving tool and an electrical contact, the m-LEDs being between the receiving tool and the electrical contact.
  • the electrical contact can be, for example, the carrier on which the m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips are stored, or can be integrated into them.
  • the m-LEDs can be produced on a semiconductor wafer and then separated, for example by sawing. After separation, the m-LEDs can be mounted on a circuit board or another support using the procedure described here. It is also possible with this procedure not only to transfer individual m-LEDs, but also m-LED modules or smaller arrays of connected m-LEDs. In this context, reference should be made to the m-LED modules or structures described in this application, which can be easily transferred using the proposed transfer method.
  • the m-LEDs can be excited to generate the electron-hole pairs by irradiating the m-LEDs with light, in particular UV light.
  • the light spectrum must have a wavelength or a wavelength range which enables excitation, in particular photoluminescence excitation.
  • the excitation radiation must have a higher energy than the radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chips, so that electron-hole pairs can be generated directly. Consequently, the wavelength of the excitation radiation must be shorter than the wavelength of the radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chips.
  • blue m-LEDs emit light at approx. 460 nm.
  • the excitation radiation should have a wavelength of 440 nm or shorter, for example a wavelength of approx. 420 nm.
  • the light used to generate the electron-hole pairs can fall onto the m-LEDs through the recording tool.
  • the receiving tool can at least partially consist of a material which is at least partially transparent or permeable to the light.
  • openings can or light guides can be integrated into the recording tool, through which the light reaches the m-LEDs.
  • the m-LEDs or semiconductor chips can be arranged on a carrier or a substrate before being picked up by the pick-up tool.
  • the light used to generate the electron-hole pairs can fall through the carrier or the substrate onto the m-LEDs.
  • the carrier or the substrate can be made at least partially from a material that is at least partially transparent or permeable to the light, or openings or light guides can be integrated in the carrier or the substrate.
  • the light can be radiated laterally or at an angle onto the m-LEDs or all optoelectronic semiconductor chips.
  • electron-hole pairs are not generated in all m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips, but only selectively in some of the components.
  • a plurality of m-LEDs produced on a wafer can be provided and the electron-hole pairs are only generated in selected m-LEDs of the plurality of optoelectronic semiconductor chips. Then, apart from the defective m-LEDs of this selection, only these m-LEDs are picked up by the pick-up tool.
  • the selective excitation of the m-LEDs can take place, for example, by passing the light through a mask to generate the electron-hole pairs.
  • Another possibility to record only a selection of the m-LEDs is that the recording tool only generates an electric field in predetermined areas. This can be made possible, for example, by the metal contacts embedded in the receiving tool being at least partially individually controllable. With this selection, it is possible to form suitable distances from the m-LEDs to be accommodated (e.g. only every third, fourth, tenth, etc.). The distances can be selected so that the m LEDs recorded can be placed directly on the target matrix.
  • the recording tool has a plurality of elevations or stamps on a surface which faces the m-LEDs.
  • the survey can be arranged at predefined intervals that correspond to the positions to be filled in a target matrix.
  • the receiving tool can have a continuously flat surface at least in one area, which is intended for receiving the m-LEDs. This enables greater flexibility, since m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips, which are arranged in different patterns and / or with different distances, can be accommodated.
  • the receiving tool can have the shape of a cylinder which is rolled over the m LEDs to receive the m LEDs.
  • the recording tool can be designed like the drum of a laser printer.
  • the cylindrical tool can be moved over the m-LEDs.
  • the axis of rotation of the cylindrical tool can be stationary and the carrier with the optoelectronic semiconductor chips can be pushed under the tool.
  • the electrical charge of the tool can be changed via the metal contacts.
  • the metal contacts can be reversed. This leads to a repulsive electrical interaction between the tool and the m-LEDs polarized by the electron-hole pairs. As a result, the m-LEDs stand out or are encountered on the target matrix.
  • the charge can only be changed at certain points or in certain areas of the holding tool, so that certain m-LEDs are selectively deposited.
  • a further possibility for depositing the m-LEDs is that the carrier or the substrate to which the m-LEDs are applied generates an adhesive force which is greater than the attractive force between the receiving tool and the m-LEDs is.
  • the surface of the carrier or the substrate can be coated with an adhesive, a lacquer, a solder material or other suitable materials.
  • the m-LEDs can be released from the receiving tool by means of mechanical forces, for example by shearing or acceleration forces.
  • the recording tool touches the m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips directly for recording them. During the transfer of the optoelectronic semiconductor chips, the recording tool holds them by means of Van der Waals forces.
  • Another aspect relates to a device which is intended for receiving and storing optoelectronic semiconductor chips.
  • the device can, for example, be an automatic placement machine or be integrated in an automatic placement machine.
  • the device comprises an excitation element for generating electron-hole pairs in m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips and a recording tool for recording and storing the m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips.
  • the electron-hole pairs generate electrical dipole fields in the vicinity of the m LEDs or the optoelectronic semiconductor chips.
  • the recording tool is designed such that it generates an electrical field which interacts with the electrical dipole fields of the m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips in order to be able to record them.
  • the recorded m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips are transferred to predetermined locations and stored there.
  • the excitation element is designed such that it generates light with a predetermined wavelength or a predetermined wavelength range for generating the electron-hole pairs in the m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips.
  • the excitation element can comprise, for example, a light source and / or a light guide.
  • the excitation element can be arranged in such a way that the light for generating the electron-hole pairs is produced by the recording tool or by a carrier on which the m-LEDs are arranged, falling on the m-LEDs.
  • the receiving tool can have a plurality of elevations on a surface facing the m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips.
  • the m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips can be picked up by the elevations of the pick-up tool.
  • at least a region of a surface of the receiving tool facing the m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips can be continuously flat and can be designed to receive the m-LEDs or the optoelectronic semiconductor chips.
  • the device for receiving and depositing m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips can have the above-described configurations of the method for receiving and depositing m-LEDs or optoelectronic semiconductor chips.
  • Another aspect for the implementation of m-displays relates to a solution in which a double transfer process is used for the transport and positioning of m-LEDs on a backplane substrate, with an intermediate carrier in the target size of the array, in particular the display , is formed and has an identical m-LED density as the wafer on which the m-LED are manufactured.
  • the microchips are thinned out, in the best case the microchips of one color being transferred from the intermediate carrier to the target substrate by a correspondingly large transfer stamp in a single transfer step for each color red, green, structure.
  • An average number of transfer steps per array can be effectively reduced by such a two-stage transfer process, by more than an order of magnitude. This results in a cost saving in the production of large-area m-displays by reducing the number of stamping steps by using an intermediate carrier
  • the process can also be carried out for each of the colors red, green and blue.
  • a multiplicity of m-LEDs with a first density are produced on a wafer or carrier substrate.
  • a first transfer is carried out by means of a first transfer stamp, which transfers the m-LEDs to an intermediate carrier with the first density.
  • a second transfer step is then carried out by means of a second transfer stamp.
  • the m-LEDs with a second density that is smaller than the first density by a factor n (n, in particular an integer) of that Transfer intermediate carrier to a target substrate.
  • the target substrate provides a common array area, in particular for all three colors, for a respective one of the arrays, the size of the intermediate carrier being equal to or greater than that of the second transfer stamp and the size of the second transfer stamp being equal to or around the array area a factor k (k is in particular smaller than an integer.
  • an intermediate carrier can be provided, on which module areas removed from the carrier substrate can be deposited by the first transfer stamp.
  • the intermediate carrier can have several module areas. In this way, an intermediate carrier is provided, on which module areas can temporarily be completely transferred, but can also be removed again in a second transfer step in order to transfer to a final target substrate.
  • the m-LEDs on a carrier substrate can be manufactured in such a way that they can be removed individually or in parallel from the carrier substrate by means of anchor elements.
  • the adhesive force on the intermediate carrier must be stronger than the adhesive force of the m-LEDs on the first transfer stamp.
  • the adhesive force of the m-LEDs on the second transfer stamp must be correspondingly greater than the adhesive force on the intermediate carrier.
  • the transfer from the second transfer stamp to the final substrate surface must be possible by a suitable choice of the adhesive connection, for example by means of adhesive, intervias or soldering on the target substrate.
  • a start structure uses two-stage use of anchor elements.
  • anchor elements are used for entire module areas on which many thousands or millions of m-LEDs are arranged.
  • anchor elements are used for the transfer of the m-LEDs from the intermediate carrier to the target substrate.
  • first anchor elements for connecting with a first adhesive force and / or between the m-LEDs and the module areas can be formed between the module regions and the wafer.
  • a lifting force is a force that must at least be applied to take off.
  • the lifting force of the lifting first transfer stamp can be set greater than the first adhesive force and smaller than the second adhesive force in such a way that the module areas can be lifted off the wafer and transferred to the intermediate carrier.
  • the lifting force of the lifting second transfer stamp is set greater than the second adhesive force in such a way that the microchips can be lifted off the module areas and transferred to the target substrate.
  • release elements are formed between the wafer and module areas and / or between m-LEDs and module areas in such a way that after their removal, a first and / or a second defined adhesive force is set in each case. It is also conceivable that when generating the m-LEDs between the module areas and the wafer, in addition, first release elements for connecting with an additional first adhesive force and / or between the microchips and the module areas, additional optional second release elements for connection with an additional second adhesive force can be formed by previously removing the first release elements additional initial adhesive force can be reduced to zero.
  • the lifting force of the lifting first transfer stamp when the first transfer steps are carried out, can be set greater than the total first adhesive force and less than the total second adhesive force in such a way that the module areas can be lifted off the wafer and transferred to the intermediate carrier.
  • the lifting force of the lifting second transfer stamp when the second transfer steps are carried out, can be set greater than the total second adhesive force in such a way that the microchips can be lifted off the module areas and transferred to the target substrate.
  • the additional second adhesive force can be reduced to zero by previously removing the second release elements. In this way, the lifting force of the lifting second transfer stamp does not have to be greater than the lifting force of the lifting first transfer stamp.
  • materials with a greater adhesive force than the second defined adhesive force can be used to carry out the second transfer steps for the adhesion of the module regions on the intermediate carrier.
  • the second adhesive force is set accordingly for the second transmission step by means of separate anchor elements and optionally release elements. It is conceivable to run the first one Transfer steps to form lifting elements directly on the module for lifting and transferring the module areas to the intermediate carrier. Another aspect deals with the correct positioning of the module areas on the intermediate carrier or also the target substrate.
  • positioning elements are formed directly on the module areas for the positionally accurate transfer of the module areas to the intermediate carrier. These positioning elements serve as orientation for the first transfer stamp.
  • the positioning elements can be provided by means of the lifting elements.
  • tapping elements can be formed on the second transfer stamp to thin out the m-LEDs in the second density in order to carry out the second transfer steps. These tapping elements have a density that corresponds to the second density of a display.
  • the size of the rectangular first transfer stamp relative to the size of the round carrier substrate can be chosen to be smaller by a factor of s such that the size of an area of lost m-LEDs on the edge of the carrier substrate is small for the first transfer to completely populate the receiving area, in particular per color is less than or equal to 20% or less than or equal to 30% of the carrier substrate area.
  • the size of the rectangular first transfer stamp relative to the size of the intermediate carrier can be chosen to be smaller by a factor r such that the number of first transfer steps r for the first transfer to fill the intermediate carrier completely is small, in particular 10 or less for each color is less than or equal to 50.
  • the shape of the intermediate carrier, the shape of the second transfer stamp and in particular the shape of the array surface can correspond to this.
  • the shape of the array of optoelectronic pixels can be rectangular, trapezoidal, triangular or polygonal, have rounded corners, or another free form.
  • the intermediate carrier can be equipped with tested module areas from a carrier substrate or from different carrier substrates.
  • the distances between the m-LEDs on the respective wafer can correspond to the distance between the m-LEDs on the intermediate carrier.
  • the distances between m-LEDs on a respective intermediate carrier and on a respective target substrate in an x-direction can be different from those in a y-direction.
  • the target substrate module areas can be populated by several intermediate carriers.
  • the color of the microchips of a respective intermediate carrier can be single-colored red, green or blue and the number of n color arrays can be formed from three intermediate carriers which have differently colored microchips.
  • first release elements can be selectively removed between the wafer and module areas and then second release elements between the microchips and module areas.
  • a rear coupling can be provided.
  • a semiconductor layer stack with a first doped and a second doped layer is provided, which is arranged on a substrate.
  • the area of the substrate facing away from the layer stack is designed for coupling out light.
  • the layer stack comprises an active region which is arranged between the first doped and the second doped layer.
  • the layer stack is provided with a reflective contact on the surface facing away from the substrate. The reflective contact extends in isolation from the doped layers along a side surface to the substrate surface.
  • the shape of this reflective contact is spherical or paraboloid or ellipsoidal in order to direct the light generated in the active layer in the direction of the substrate.
  • the substrate is either very thin or transparent. Further measures for light shaping and / or coupling out can be provided on the area of the substrate facing away from the layer stack.
  • the focus was, among other things, on the directionality of the emitted light.
  • a Lambertian radiation characteristic is required for many applications. This means that a light-emitting surface ideally has a uniform radiation density over its surface and this results in a vertically circular distribution of the radiation intensity. To a viewer, this surface then appears equally bright from different viewing angles. In addition, such a uniform distribution can be shaped more easily by subordinate light shaping elements.
  • An optical pixel element for generating a pixel of a display has a flat carrier substrate and at least one m-LED with coupling-out on the rear.
  • the m-LED forms an optical one Emitter chip.
  • a flat carrier substrate is understood to mean, for example, a silicon wafer, semiconductor materials such as LTPS or IGZO, insulation material or similar suitable flat carrier structure which can accommodate a large number of m-LEDs arranged next to one another on its surface.
  • the carrier substrate can be rigid or flexible. Typical dimensions of a carrier substrate can be, for example, 0.5-1.1 mm thick.
  • polyimide substrates with thicknesses in the range of 15 pm are also known, for example.
  • the at least one m-LED is arranged on a component side of the carrier substrate.
  • the carrier substrate has two opposite main surfaces, which are referred to here as the component side and the display side.
  • the component side is intended to mean the surface of the carrier substrate, which is often also referred to as the top side, which accommodates the at least one m-LED and which may have further optical or electrical and mechanical components or layers.
  • the display side is to describe the side of the carrier substrate which faces a viewer and on which the image points are to be perceived for display.
  • a carrier substrate plane is described, which extends parallel to the two main surfaces of the carrier substrate in the same plane.
  • the at least one m-LED is designed to emit light transversely to the carrier substrate plane in a direction away from the carrier substrate.
  • this property should not rule out that light components are also emitted directly or indirectly in the direction of the component side of the carrier substrate.
  • a flat reflector element is provided on the pixel element. This is based on the idea that a more uniform spatial distribution of the light over the surface of the pixel element can be made possible by reflection.
  • the reflector element is spatially arranged on the component side in relation to the at least one m-LED and in terms of its shape and nature in such a way that light emitted by the at least one m-LED is reflected in the direction of the carrier substrate.
  • the reflector element is placed in an area around the at least one m-LED through which the emitted light of the m-LED passes.
  • this reflector element can be a separate prefabricated microelement that is applied separately. Typical dimensions of such a reflector element can, depending on the design variant, be in the range from 10 pm to 300 pm in diameter, in particular between 10 pm and 100 pm.
  • the reflective element is designed as a reflective coating or layer of at least one m-LED.
  • the at least one m-LED can have a transparent or partially transparent coating, such as IGZO, on its surface, to which a reflective layer is then applied.
  • the reflective layer can be metallic, for example, or can have a metal in a mixture of substances.
  • the aim here is to reflect as large a portion of the light emitted by the at least one m-LED as possible in order to achieve a high yield.
  • the carrier substrate is at least partially transparent, so that the reflective reflected light element hits the surface of the component side of the carrier substrate and propagates through the carrier substrate. This light emerges at least partially on the opposite display side of the carrier substrate and can thus be perceived by the viewer as a pixel. In other words, the emitted light is coupled out at the rear or at the rear on the opposite display side of the carrier substrate. Due to the reflection effects, refraction effects and possibly damping effects, an advantageous more uniform illumination and more homogeneous distribution of the luminosity can be achieved.
  • the reflector element is arranged and designed in such a way that a Lambertian radiation characteristic is achieved.
  • the reflector element has a diffuser layer on its side facing the at least one m-LED. This should serve in particular to scatter the light reflected by the at least one m-LED.
  • a reflector material has diffuser particles. Diffusion is meant here to mean that a further scattering or distribution of the light in a surrounding spatial area is to be achieved.
  • a scattering or distribution of the light can also be advantageously influenced, thereby achieving a more uniform or homogeneous distribution of the light intensity, in particular on the display side of the carrier substrate.
  • a diffuser layer can be understood as an additional layer on the reflective element, which can either be uniformly uniform, but also interrupted or only partially applied.
  • the diffuser layer and / or the diffuser particles have A1203 and / or Ti02. Due to their structural properties, these materials can support diffusion of the emitted light. While a dif- Fusor harsh can only be brought up on the surface of the reflector, diffuser particles can for example be part of a mixture of substances of the entire reflector and thus be easier to manufacture.
  • the reflector element surrounds the at least one m-LED in a round, polygonal or parabolic manner.
  • the underlying consideration can be seen that the Wenig least a spatially wide waste S has an m-LED trahl characterizing in many cases. This means that light is emitted from a small area in a wide angular range. It is desirable here that the largest possible proportion of this emitted light is detected by the reflector element and deflected or reflected in the direction of the display side of the carrier substrate.
  • the at least one m-LED comprises a first and a second m-LED provided for redundancy.
  • the reflector element which surrounds both m-LEDs, ensures uniform radiation regardless of which of the two m-LEDs is activated during operation.
  • the reflector element surrounds at least three individual m-LEDs, which emit different colors during operation. A reflector element can thus be provided for each pixel of an m display.
  • the reflector element can be made in one piece or in several parts or can be provided with cutouts or interruptions.
  • the reflector element has different reflection properties depending on the wavelength of the light. This can can be achieved for example by microstructures on the reflector element or its structural nature.
  • the reflector element is designed as a flat surface, which is arranged perpendicular to the carrier substrate plane above the least one m-LED. According to one aspect, the reflector element forms an electrical contact of the at least one m-LED.
  • the consideration here is that, due to the metallic design of the reflector element, for example, simultaneous use as a connection contact for the m-LED can be considered. According to an example, electrical contacting with one of the m-LED connections is to be provided for this.
  • the reflector element is designed and shaped such that at least 90% of the light emitted by at least one m-LED strikes the mounting side of the carrier substrate at an angle of 45 ° -90 ° relative to the carrier substrate plane.
  • this proportion is at least 95%, according to a further example at least 80%.
  • the underlying idea is the need for the highest possible yield. This means that the largest possible proportion of the light emitted by at least one m-LED should emerge on the display side of the carrier substrate.
  • the carrier substrate comprises polyimide or glass.
  • Polyimide is a material that can be used in particular for flexible displays. Glass can serve as a mechanically very stable base material for rigid displays.
  • a passivation layer is additionally provided for weakening or eliminating the reflections at mesa edges of the at least one m-LED.
  • a mesa edge is to be understood to mean a wall or contour which slopes away steeply as a limitation of the at least one m-LED.
  • the surface of the latter is arranged transversely to the carrier substrate plane. It is desirable that no light crosses in the direction of the neighboring pixel element in order to avoid crosstalk. Therefore, light components that emerge in this direction should be sensible, eliminated or at least weakened by an appropriate damping layer or passivation layer.
  • An advantage here can be a better contrast and a reduction in optical crosstalk.
  • a light-absorbing coating is provided on the component side and / or the display side of the carrier substrate outside the reflector element. It can be considered fundamentally desirable that, in order to improve contrast and a better dark impression, the inactive areas between the m-LEDs, in particular different pixels, are opaque or attenuate light.
  • the light absorbing coating is therefore arranged outside the reflective element.
  • the display side of the carrier substrate has a roughening or uneven and / or roughened structure. This structure is such that it produces scattering or diffusion effects for the wavelength of the relevant light spectrum. This can, for example, advantageously have the effect that a higher proportion of the light transmitted through the carrier substrate can be coupled out on the display side.
  • the rough structure creates more favorable microstructural angular relationships that can allow more effective decoupling.
  • a color filter element is arranged on the display side of the carrier substrate opposite the reflector element.
  • This color filter element allows a primary color spectrum of at least one m-LED to pass and, on the other hand, attenuates other color spectra.
  • a method for producing an optical pixel element is also proposed.
  • at least one m-LED is attached to a mounting side of a flat substrate substrate.
  • a reflector element is then produced, for example as a reflective layer of the at least one m-LED.
  • the display side of the carrier substrate is processed for microstructuring and / or for roughening.
  • an important aspect in the decoupling of light is the possibility of being able to suppress unwanted light components.
  • a highly directional light is also desired, so the m-LED or the pixel should not be Lambertian Characteristic, but have a high directionality.
  • an unconverted portion should either be blocked or at least deflected so that it does not reduce the visual impression.
  • Some of these properties can be achieved by providing a photonic structure or crystal on the exit side of the light.
  • some aspects are described which illustrate various measures to collimate the generated light in order to reduce or otherwise shape the emission angle.
  • this also includes photonic structures. These change the emission behavior by creating a "forbidden" area in which light emission is not permitted. Accordingly, light radiation in one or more directions can be suppressed or promoted.
  • an optoelectronic device may include a layer stack with an active area for generating electromagnetic radiation.
  • the device comprises at least one further layer which has a photonic crystal structure.
  • At least some of the layers of the layer stack are semiconductor layers.
  • the stack of layers can include a p-doped layer and an n-doped layer, such as a p-doped and an n-doped gallium nitride (GaN) layer that forms the active region between the two layers.
  • GaN gallium nitride
  • At least one layer on the stack of layers can have a photonic crystal structure, in particular a 2-dimensional structure.
  • the photonic crystal structure can and can be arranged at least in a portion of the layer for example, are formed by wire-like or cylindrical structures that have a longitudinal direction that is at least substantially parallel to the growth direction of the layer.
  • the structure that forms the photonic crystal, such as the wires or cylinders can comprise a first material, for example the material of the layer, while the space between the structure can be made of or filled with a second material, which has a different refractive index than the first material.
  • the second material can be air or another substance, for example a conversion material.
  • the photonic crystal structure can be used to manipulate light generated in the active area when the light passes through the photonic crystal structure.
  • the photonic crystal structure can be arranged such that the light that travels along the growth direction can pass through the photonic crystal structure, while light that is at an angle that is close to or at 90 degrees with respect to the direction of growth does not pass through photonic crystal structure can go. This is particularly the case for light with wavelengths that are within a photonic band gap formed by the photonic crystal structure.
  • the periodicity is at about half a specific wavelength. This is the wavelength that corresponds to the wavelength of the electromagnetic radiation that needs to be diffracted by the photonic crystal structure.
  • the layer with the photonic crystal structure is a dielectric layer that contains or consists of, for example, silicon dioxide, SiO 2 .
  • This can be an additional layer that is added to the usual layers of an m-LED.
  • the same manufacturing technology can therefore be used for GaN and GaP systems.
  • the different manufacturing variants and possibilities can also be transferred to a converter layer. This allows greater bundling or collimation compared to standard LEDs without such a structure.
  • the extraction efficiency with a photonic crystal structure which is applied in a layer is also improved in comparison with a conventional LED without a photonic crystal structure.
  • the optoelectronic device may include one or more mirror layers disposed on the layer with the photonic crystal structure.
  • the mirror layer or layers can be arranged to form an angle-selective mirror, for example as a cover layer.
  • the bundling of the emitted light can be further improved.
  • beam-shaping structures as given by the use of a layer with a photonic crystal structure, up to 50% more light can be emitted into a 30 cone or less at the chip level compared to a standard chip that has a roughened surface. Such beam shaping enables high efficiency and low costs in projection applications. It can even be a requirement for m-LED or monolithic display applications.
  • the various photonic decoupling structures produce a certain roughness on the surface and surface structures.
  • light-emitting diodes have often had a structured surface in the past in order to improve the coupling-out of light.
  • the stamp technology currently used for placing m-LEDs on electrical contacts is only possible with m-LEDs with planar or flat surfaces.
  • a method for producing photonic structures on an m-LED is therefore proposed here, in which an optical coupling-out structure is produced in a surface area of a semiconductor body providing the m-LED.
  • the surface area with the decoupling structure is then further processed and planarized. In this way, a planar surface is obtained, but light shaping and coupling-out are nevertheless improved by means of the coupling-out structure.
  • an m-LED thus contains an outcoupling structure which is arranged in a planar surface area.
  • the coupling-out structure can also have a light-shaping configuration, such as the photonic structures disclosed here. This allows light to be emitted from a surface perpendicular to it.
  • the surface area of the semiconductor body is structured by generating a random topology on the surface area.
  • a random topology involves roughening the surface of the surface area directly.
  • a transparent second material in particular Nb 2 0 5 with a large refractive index, can be applied and then roughened.
  • the surface area is structured according to the embodiments disclosed here by an ordered topology and then planarized.
  • Tonic crystals or non-periodic photonic structures in particular quasi-periodic or deterministic aperiodic photonic structures, are introduced into a second transparent material. Spaces are filled and then planarized. The filling is done with a transparent third material with a low refractive index, in particular less than 1.5, in particular Si0 2 .
  • the planarization is done by mechanical or chemical mechanical polishing (CMP). This creates a planarized surface whose roughness in the range of less than 20 nanometers, in particular less than 1 nanometer, has a mean roughness value.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a photonic crystal or another structure can be applied to the m-LED or the m-LED array for beam shaping of an LED or m-LED. In some applications, however, it is common not to use m-LEDs that emit light of different wavelengths during operation. Rather, a type m-LED is used and its emitted light is then converted.
  • a converter material is applied to the surface of the m-LED in the main emission direction, the photonic crystal as a light-shaping structure is, as already disclosed in some examples, above the converter material.
  • a converter element for an m-LED comprises at least one layer with a converter material which, when excited by an incident excitation radiation, emits a converted radiation into a radiation area.
  • the converter element is characterized in that the layer has a photonic structure, at least in some areas, on which the converter material is arranged at least in sections.
  • the photonic structure is designed in such a way that the radiation is emitted into the radiation area as a directed beam.
  • a layer is thus provided which is structured in a suitable manner, a converter material being applied in or on the structure and emitting converted radiation when excited by excitation or pump radiation.
  • an element is created in a particularly space-saving manner that enables a targeted emission of radiation into the radiation area of the radiation source that is limited to a desired spatial area.
  • the converted radiation emitted by the converter element and the excitation radiation are directed in a suitable manner, so that radiation is emitted only in a certain direction, while the emission of such radiation in other directions and / or Areas are excluded or at least significantly reduced.
  • the photonic structure it is conceivable for the photonic structure to be coated at least in regions with a suitable converter material and / or for at least individual regions, for example depressions in the structure, to be filled with the suitable converter material.
  • the structure is designed in such a way that the emitted converted radiation is emitted as a beam in a desired direction of the radiation area.
  • light is both converted and shaped by the photonic structure.
  • the photonic structure in a suitable manner in such a way that different areas are present into which a beam is emitted.
  • converter elements can be provided, which adjust the radiation characteristics of an optoelectronic component or an m-LED in which they are used, as required.
  • the converter material may have the materials disclosed in this application and may be doped with various rare earths.
  • the aforementioned YAG or LuAG can be used as host material. It is also possible to use the quantum dots already listed as converter material.
  • the photonic structure does not normally change the spectral properties of a quantum dot. In addition to adapting the photonic structure to the emission spectrum of the quantum dots, these can also be arranged in the region of the structure itself, for example in trenches formed
  • the regular photonic structure or a regular photonic crystal offers the advantage that the optical properties of the converter element can be set particularly reliably, reliably and reproducibly with a corresponding structured layer.
  • the structure is designed in such a way that radiation of a certain wavelength or a certain wavelength range can penetrate the layer in a targeted, predetermined direction, while this radiation in other directions cannot penetrate the layer.
  • the structured layer can be designed such that it is transparent or not transparent to radiation of a specific wavelength at least over a large range.
  • the photonic structure has at least one depression in which the converter material is located. It is preferably provided in this connection that the photonic structure has a plurality of elevations and depressions, the depressions being at least partially filled with the suitable converter material.
  • the converter element in which the structure according to the invention is combined with the converter material in such a way that the converted radiation is emitted only in a specifically limited radiation area and thus in a particularly targeted manner.
  • the converter element is designed in such a way that the excitation radiation is directed by the photonic structure in a targeted manner to regions of the converter material provided for this purpose and / or that the converted radiation strikes the structure and thus as specifically emitted Beams of rays are emitted in the desired radiation area.
  • the layer with the photonic structure is designed such that the layer has at least one optical band gap.
  • the band gap is understood to mean the energetic region of the layer, which lies between the valence band and the conduction band. Due to the band gap, the solid body used for the layer and thus the converter element which is provided with the layer are transparent to radiation in a specific frequency range. By specifically adjusting the band gap and / or selecting a solid material, the optical property of the converter element can be specifically adjusted. In particular, it is possible to design the layer in such a way that only part of the incident radiation is guided through the layer and emitted into the radiation area. In some aspects, it is expedient if the photonic structure of the layer has an average thickness of at least 500 nm, so that this creates an optical band gap.
  • the layer with the photonic structure is designed in such a way that the directional beam of rays is emitted perpendicular to a plane in which the layer is arranged. In contrast, radiation components that are emitted in other room areas are reliably suppressed.
  • an optical filter element can be arranged on at least one side of the layer.
  • such a filter element is designed as a filter layer, which is applied to the structured layer with the converter material. With the help of such a filter element or such a filter layer, it is possible that only a certain part of a radiation hits the layer with the converter material or only one certain part of the converted radiation emitted by the structured layer with the converter material is emitted into the desired spatial area.
  • the filter element, in particular the filter layer is thus designed in some aspects in such a way that only the portion of radiation that passes through the filter element or the filter layer that is required as excitation radiation or that is to be specifically emitted into the radiation area.
  • some aspects relate to a radiation source with an m-LED which emits excitation radiation into a converter element which is designed in accordance with at least one of the previously described exemplary embodiments of a converter element.
  • the converter element in turn has at least one layer with a converter material which, when excited by the excitation radiation emitted by the m-LED, is excited to emit a converted radiation in a radiation area.
  • an m-LED is combined with a converter element in such a way that the entire excitation radiation emitted by the LED is converted into converted radiation or that only a part of the excitation radiation emitted by the LED is converted into converted radiation becomes. It is again essential that the radiation emitted into the radiation area of the radiation source is directed only into a desired spatial area.
  • the radiation source thus generates a directed light beam or a directed beam which is emitted in a targeted direction or in a specifically selected radiation area.
  • the structured layer with the converter material is part of a semiconductor substrate of the m-LED.
  • the photonic structure can accordingly be formed in a semiconductor substrate of the m-LED.
  • the structure can be etched by deliberately etching the LED Semiconductor substrate is produced and the structure is then at least partially coated with converter material and / or the converter material is filled into etched recesses in the structure.
  • the structure with the converter material is designed in such a way that the converted radiation is emitted into the radiation region perpendicular to a plane in which the semiconductor substrate is arranged.
  • the structure is designed in such a way that converted radiation is emitted into the radiation area only perpendicular to the surface of the m-LED chip due to a bandgap effect. Because of this technical solution, a high directionality of the converted radiation emitted by the converter element is achieved.
  • the photonic structure for example in the form of a photonic crystal, to be arranged only in the uppermost layer of the semiconductor material of the m-LED or also at least partially in the active zone. It is again advantageous if the photonic structure has a layer thickness of at least 500 nm in order to reliably produce an optical band gap.
  • At least one filter layer is provided, which is arranged on one side of the structured layer.
  • a filter layer the excitation radiation generated by the m-LED is suppressed in certain wavelengths.
  • the radiation source can be designed such that it emits visible white light or visible converted light with the colors that are characteristic of the RGB color space, namely red, green and blue.
  • the radiation source can be a pixelated array in which, for example, individual pixels of a larger component can be switched on and off individually.
  • some aspects also relate to a method for producing a radiation source which has at least one of the special properties described above.
  • the method is characterized in that the structure is formed in at least one etching step in a semiconductor substrate of the LED. It is advantageous here if the structure, in particular specifically selected recesses in the structure, are at least partially filled with the converter material.
  • Some other aspects deal with an m-display with a photonic structure for emitting directed light. Especially with displays that have m-LEDs, the dimensions of individual m-LEDs can be very small, so that when a photonic structure is formed, only a few periods have space on the surface of a single m-LED.
  • a photonic structure be formed over a large area on an array of several m-LEDs.
  • Such arrays can be, for example, pixelated arrays of m-LEDs in which, for example, one pixel each forms a light source.
  • Monolithic See pixel arrays also include we equipped LED modules with a smooth surface, for example the cover electrode disclosed in this document.
  • Another example is an arrangement of individual m-LEDs or smaller modules made of m-LEDs, which can also be provided in the form of a field or an array.
  • Such m-LED modules are also disclosed in this application.
  • m-LEDs are usually Lambertian spotlights and therefore emit light in a large solid angle.
  • an optoelectronic device comprises an arrangement with a multiplicity of light sources for generating light which emerges from a light exit surface from the optoelectronic device, and at least one photonic structure which is arranged between the light exit surface and the multiplicity of light sources.
  • the at least one photonic structure which can in particular be a photonic crystal or pillar structures, which are also referred to herein as column structures, a beam shaping of the emitted light is brought about before the light passes through the device Leaving light exit surface.
  • the photonic structure can in particular be designed for beam shaping of the light generated by the light sources.
  • the photonic structure can in particular be designed in such a way that the light emerges at least substantially perpendicularly from the light exit surface. The directionality of the emitted light is thus considerably improved.
  • the arrangement is an array which has a multiplicity of light sources, in particular m-LEDs, which are arranged in deer and columns.
  • the m-LEDs are organized in pixels or subpixels and can be controlled separately.
  • the arrangement is implemented as a monolithic array, in other aspects one is equipped with m-LED modules or separate m-LEDs.
  • the arrangement comprises an at least partially containing or contacting the m-LEDs or light sources and a photonic crystal.
  • the photonic crystal can thus be arranged directly in the layer in which the pixels of the array are arranged.
  • the photonic crystal is arranged in the layer above the light sources, so that the photonic crystal is nevertheless located between the light sources and the light exit surface.
  • the layer can have a semiconductor material, and the photonic crystal can be structured in the semiconductor material.
  • the semiconductor material For example, GaN or AlInGaP material systems can be used as the semiconductor material. Examples of other possible material systems are A1N, GaP and InGaAs.
  • the photonic crystal can be realized by forming a periodic variation in the optical refractive index in the semiconductor material, a material with a high refractive index such as Nb2Ü5 (niobium (V) oxide) being used for this purpose and being appropriately introduced into the semiconductor material, to form a periodic or deterministic aperiodic structure.
  • the photonic structures can be filled with a material with a low refractive index, for example SiO 2 . This leads to a refractive index variation between a high and a low index.
  • the photonic crystal is preferably formed as a two-dimensional photonic crystal, which is arranged in a parallel to the light exit Directional plane in two mutually perpendicular spatial directions has a periodic variation in the optical refractive index.
  • the photonic crystal can be realized by means of holes or recesses which are introduced into a material with a high refractive index, for example KP02O5.
  • the photonic crystal can thus be formed or be formed by forming the corresponding structuring in the material with a high refractive index.
  • the material surrounding the holes or recesses has a different refractive index.
  • the arrangement has a plurality of m-LEDs as light sources, the m-LEDs being arranged in a first layer, and a photonic crystal is arranged or formed in a further, second layer.
  • the second layer lies between the first layer and the light exit surface.
  • a photonic crystal can be provided in an additional, second layer above the first layer having the m-LEDs. This is preferably designed as a two-dimensional photonic crystal and is realized in the form of a periodic variation of the optical refractive index in two spatial directions running parallel to the light exit surface and perpendicular to one another.
  • KP02O5 can again be mentioned here as an example of a material with a high refractive index of the second layer, and the photonic crystal can be structured by means of holes or recesses in the material with the high refractive index.
  • the photonic structures can be filled with a material with a lower refractive index, for example silicon dioxide.
  • the second layer thus has a structure made of a material with two different refractive indices.
  • m-LEDs a distinction can be made between horizontal and vertical m-LEDs. With horizontal LEDs, the electrical connections are on the rear of the LED facing away from the light exit surface. In contrast, a vertical LED has an electrical connection on the front and an electrical connection on the back of the LED. The front side faces the light exit surface.
  • both poles can be electrically connected by means of a contacting layer reflecting the light generated, the contacting layer being seen from an overhead light exit surface under the photonic structure and the light sources.
  • the contact layer can have at least two electrically separated areas in order to avoid a short circuit between the poles.
  • a particularly positive first connection contact facing away from the light exit surface can be electrically connected to a contacting layer reflecting the generated light, the contacting layer starting from an overhead light exit surface seen under the photonic structure and the light sources.
  • the other, in particular negative, second connection contact, which faces the light exit surface can be by means of a layer of an electrically conductive and optically transparent material, in particular ITO, to be electrically connected.
  • a filling material can be arranged between the layer and the reflective contacting layer.
  • this electrically conductive layer can itself be structured to produce photonic properties.
  • the photonic structure is created over the electrically conductive layer.
  • each of the light sources or the m-LEDs can have a recombination zone and the photonic crystal can be so close to the recombination zones that the photonic structure changes an optical density of states present in the region of the recombination zones, in particular in such a way that a band gap is generated for at least one optical mode with a direction of propagation parallel and / or at a small angle to the light exit surface.
  • the photonic crystal is very close to the recombination zone.
  • the height of the photonic crystal is large in a direction perpendicular to the light exit surface, in particular equal to or above 300 nm.
  • the opening angle of the emission cone is dependent on the photonic crystal and can be a small value, for example a maximum of 20 °, a maximum of 15 °, a maximum of 10 ° or a maximum of 5 °.
  • the photonic crystal can be arranged independently of the position of the light spots with respect to a plane running parallel to the light exit surface.
  • the photonic structure can comprise a multiplicity of pillar structures, which at least partially extend between the light exit surface and the multiplicity of light sources, wherein in each case one pillar is assigned to a light source and, when viewed in a direction perpendicular to the light exit surface, is aligned with the latter.
  • the pillars or pillars have a longitudinal axis that preferably extends perpendicular to the light exit surface. When aligning a pillar and an associated light source, this means in particular that the elongated longitudinal axis of the pillar intersects the center of the light source.
  • the pillars can have a circular, square or polygonal cross-section.
  • the pillars preferably have a height to diameter aspect ratio of at least 3: 1. The height is measured in the direction of the longitudinal axis of the pillars.
  • the pillars are in particular made of a material with a high refractive index, such as KPq2q5. Due to the higher refractive index compared to the surrounding material, the light emission in a direction parallel to the longitudinal axis of the pillars can be increased compared to other spatial directions.
  • the pillars act as waveguides. Light is coupled out along the longitudinal axis of the pilars more efficiently than along other directions of propagation.
  • the directionality in the direction of the longitudinal axis of the light can thus be improved. Since the longitudinal axis of the light is preferably perpendicular to the light exit surface, an improved light decoupling perpendicular to the light exit surface can also be achieved.
  • the arrangement can be an array that has a plurality of m-LEDs arranged as light sources in pixels arranged in a first layer, and the pillars can be arranged in a further, second layer, the second layer being between the first layer and the light exit surface is located.
  • the pillars can thus be arranged on the surface of the pixelated array.
  • the pillar or pillar structures can be made free-standing from a material with a high refractive index.
  • the space between the pillars can be filled with a filling material, for example silicon dioxide, with a low refractive index.
  • the arrangement can be an array that has a plurality of pixels as light sources, which are arranged in a first layer, and the pillars can also be arranged in the first layer.
  • the pillars can be arranged in the first layer such that at least a respective part of a pillar is closer to the light exit surface than the light source assigned to the pillar.
  • the pillar can thus act as an optical waveguide between the light source and the light exit surface.
  • the pillars can be formed from a semiconductor material of the array provided in the first layer, the semiconductor material having a high refractive index. In particular, etching can remove semiconductor material in the first layer in such a way that the pillars remain.
  • the free spaces between the pillars can in turn be filled with a low-index material.
  • the arrangement can be an array which, as light sources, has a multiplicity of m-LEDs arranged in pixels, the pixels being formed in the pillars.
  • An array can thus be created in such a way that the individual pixels have the shape of pillars.
  • Each pillar is preferably an m-LED and functions as an individual pixel.
  • the length of the pillar can correspond to half a wavelength of the emitted light, and the recombination zone of the m-LED formed by a pillar is preferably in the middle of the pillar.
  • the recombination zone thus lies in a local maximum of the photonic density of states.
  • the light emission parallel to the longitudinal direction of the pillars can be significantly increased. Due to the waveguide effect, the light with the direction of propagation parallel to the longitudinal axis is additionally coupled out more effectively than light from other directions of propagation.
  • the aspect ratio height to diameter of a pillar is preferably 3: 1.
  • the pillars have a height of approx. 100 nm and a diameter of 30 nm. Highly scaled, larger heights or diameters are also possible, which are easier to manufacture, in such a case it is useful if the ratio remains the same , for example the 3: 1 mentioned above, and is additionally in a fixed ratio to the wavelength of the light to be influenced.
  • the space between the pillars pointing the light sources can be filled with material, for example SiO 2 , which has a lower refractive index than the semiconductor material for the pillars.
  • a p-contact can be produced on the underside of the pillar facing away from the light exit surface.
  • An n-contact can be made, for example, halfway up the pillars on the top of the pillars.
  • the n-contact can be produced using a transparent conductive material, in particular as an intermediate layer in the filling material or as the top layer over the pillars.
  • a possible material for an n-contact layer is ITO (indium tin oxide), for example.
  • ITO indium tin oxide
  • first pole can be electrically connected to a reflective contacting layer which can be formed on and / or along first longitudinal ends of the light-emitting diodes.
  • second pole can be electrically connected to a further layer made of an electrically conductive and optically transparent material, in particular ITO.
  • This layer can be arranged as an intermediate layer in the middle of the pillars or pillars or on and / or along second longitudinal ends of the pillars, the second longitudinal ends being opposite the first longitudinal ends.
  • an optoelectronic device for generating an emission of light directed perpendicularly to an emitting surface from an, in particular planar, pixel-containing array or from an arrangement of m-LEDs is proposed, with optically acting structures, in particular nanostructures such as photonic crystal or a pillar structure are structured along the entire emitting surface to the perpendicular emission of light.
  • a method for producing an optoelectronic device for producing an emission of light directed perpendicular to an emitting surface from an, in particular planar, pixelated array or from an arrangement of m-LEDs is proposed, with optically acting structures along the entire emitting surface to be structured to the perpendicular emission of light.
  • Planar array means especially flat array.
  • a surface of an array or array is also preferably smooth.
  • a pixelated array is in particular a monolithic, pixelated array. All of the materials mentioned, in particular the materials in a photonic crystal, a pillar, or the filling materials preferably have a low absorption coefficient.
  • the absorption coefficient here is in particular a measure of the reduction in the intensity of electromagnetic radiation when passing through a given material.
  • the photonic crystal can be produced using a lithography technique known per se.
  • Possible technologies known per se are, for example, nanoimprint lithography or immersion EUV steppers, where EUV stands for extreme ultraviolet radiation.
  • photonic crystals are based on the property of polarizing electromagnetic radiation, in particular visible light, with respect to the direction of vibration.
  • photonic structures for the polarization of electromagnetic radiation it is particularly possible to take special pictures and display them on suitable displays.
  • images that create the impression of a three-dimensional image for a user are usually generated by combining several complementary polarization directions in a suitable manner.
  • the lighting units with which polarized light can be provided as required, have a plurality of further optical components in addition to the emitter used for generating light.
  • the different components require a not inconsiderable installation space, so efforts to miniaturize the mented reality applications or lighting units required in the field of entertainment electronics reach their limits in many cases.
  • Recent demands in the automotive sector also indicate the desire to create images that create a three-dimensional effect for an observer.
  • an arrangement or an optoelectronic component with at least one emitter, in particular an m-LED, which emits radiation via a light exit surface.
  • the component also has a polarization element which connects at least in sections to the light exit surface and changes a polarization and / or an intensity of the radiation emitted by the emitter unit when the radiation passes through the polarization element.
  • the arrangement is characterized in that the polarization element has a three-dimensional photonic structure.
  • the arrangement or the optoelectronic component can be a pixel element of an m display or an m display module.
  • the emitter unit can be formed by an m-LED.
  • the formulation that the polarization element changes a polarization also includes the generation of polarized radiation from non-polarized radiation.
  • the polarization element can also effect only one, possibly wavelength-dependent, change in the intensity of the radiation without generating or changing a polarization.
  • the term "polarization element" is therefore not to be interpreted narrowly, in the sense that a change or generation of a polarization must be provided in all embodiments.
  • an optoelectronic component in which the radiation generated by the emitter, for example an m-LED, passes directly into the polarization element, so that a particularly compact unit for providing polarized radiation as required is realized, which in turn can be combined with further such components and / or a polarization element, preferably with at least one polarization element that has complementary properties, can be combined.
  • the main advantage of using a three-dimensional photonic structure, in particular a photonic crystal, for polarizing electromagnetic radiation, with visible light preferably being polarized, is that the arrangement of the photonic structure in the region of the light exit surface of the emitter is particularly compact and space-saving Solution is provided.
  • the specially designed polarization element adjacent to the light exit surface it is possible to specifically polarize electromagnetic radiation and still minimize the losses of radiation whose polarization does not correspond to the polarization direction of the polarization element.
  • the photonic structure is arranged on the light exit surface, or that a photonic structure is formed in a suitable manner from a semiconductor layer on which the light exit surface is located or to which the light exit surface is connected in the beam direction.
  • the three-dimensional structures used as the polarization element In a particularly effective manner, the radiation characteristic of a lighting unit is changed with regard to its polarization properties and thus discrimination against different wavelengths can be achieved by different polarization properties or radiation directions.
  • the emitter unit has at least one m-LED.
  • the m-LED preferably emits white, red, green or blue light, which is radiated into the polarization element and the radiation is polarized by the polarization element in a direction of vibration.
  • the m-LED can also comprise a converter material, so that the light emitted by the converter material is converted into a desired wavelength and thus color.
  • the emitter unit in particular an m-LED, and the polarization element are formed from different layers, which are arranged one above the other in a layer stack. It is again essential that the radiation generated in at least one layer of the emitter enters the likewise layer-shaped polarization element before the radiation is emitted from the layer stack into the environment.
  • the three-dimensional structure used as the polarization element is located on or in the same semiconductor chip as the emitter unit.
  • the photonic structure is applied to the m-LED chip or is at least part of the m-LED chip.
  • Various versions of such an m-LED is disclosed in this application.
  • the m-LED can be made monolithic and can be part of a larger array of m-LEDs arranged in rows and columns. These can be processed and manufactured together become.
  • the m-LED for individual colors can be combined to form a pixel and surrounded with a structure in order to improve the direction of light, in particular with respect to the main emission direction.
  • a particularly space-saving and energy-efficient optoelectronic component is provided, with which polarized radiation is already generated directly at the chip level, without additional optical elements having to be arranged in the downstream beam path.
  • the polarization element has spiral and / or rod-shaped structural elements.
  • the three-dimensional photonic structure is designed in such a way that light emitted by the emitter unit or the m-LED only emerges from the photonic structure with a certain polarization.
  • a corresponding three-dimensional photonic structure with spiral and / or rod-shaped structure elements in the area of the light exit surface is only irradiated by radiation with a special polarization direction.
  • the configuration and dimensioning of the structure are preferably matched to the radiation emitted by the emitter unit.
  • a circular polarization is achieved with a spiral structure, while a rod-shaped structure brings about a linear polarization of the radiation passing through the structure.
  • the three-dimensional photonic structure is arranged in the beam path between the m-LED and the converter element or behind the converter element, by means of which the excitation radiation and / or the converted radiation is appropriately polarized .
  • the comm A combination of converter element and three-dimensional photonic structure in the same layer can be realized. This enables directly polarized, converted light to be generated.
  • converter material can be filled into the three-dimensional photonic structure.
  • the converter material can be doped with Ce 3+ (Ce for cerium), Eu 2+ (Eu for europium), Mn 4+ (Mn for manganese) or neodymium ions.
  • YAG or LuAG can be used as host material, for example.
  • YAG stands for yttrium aluminum garnet.
  • LuAG stands for lutetium aluminum garnet.
  • Quantum dots can also be filled into the three-dimensional photonic structure as converter material. Quantum dots can be very small, for example in the range of 10 nm. They are therefore particularly suitable for filling up the three-dimensional photonic structure. In general, it is conceivable that the structure is produced by etching out material from the layer in which the structure is to be formed. The recesses formed in this way can then be filled with material that contains, for example, quantum dots, the converter material.
  • the quantum dots can, for example, be introduced into a liquid material with which the recesses are filled up. The liquid material can be evaporated at least partially, so that the quantum dots remain in the recesses. Part of the liquid material can solidify. The quantum dots can therefore be embedded in a matrix.
  • the photonic structure does not normally change the spectral properties of a quantum dot.
  • a quantum dot has a narrow-band emission spectrum.
  • the photonic structure can be adapted to this narrow-band emission spectrum, as a result of which the directional selectivity brought about by the photonic structure can be improved.
  • Means In a photonic structure the emission characteristics of quantum dots can be influenced very efficiently as a converter.
  • the polarization element has at least one three-dimensional photonic crystal. It is also conceivable that the polarization element has at least two two-dimensional photonic crystals which are arranged one behind the other along a beam path of the radiation penetrating the polarization element.
  • a three-dimensional photonic crystal or at least two two-dimensional photonic crystals arranged one behind the other in the beam path can expediently be used, so that the structure which the radiation strikes is transparent to radiation having a specific wavelength or a plurality of special wavelengths and / or only lets them pass in a certain direction.
  • the desired polarization of the radiation incident on the polarization element can also be set.
  • the property of the three-dimensional photonic structure is preferably designed such that the transmission conditions are different for different wavelengths. In this way it is possible that, for example, converted radiation, the polarization element can pass unhindered while the excitation radiation is deflected. It is also conceivable that at least one of the radiations, namely excitation radiation on the one hand and converted radiation on the other hand, only shines through the polarization element with a certain polarization.
  • the polarization element is a function of a wavelength of the Radiation that passes through the polarization element has at least two different degrees of transmission.
  • the emitter unit has an m-LED and a converter element with a converter material, which excitedly emits converted radiation excited by excitation radiation emitted by the m-LED, and that excitation radiation impinging on the polarization element when it passes through the Polarization element is polarized differently and / or absorbed to different extents in comparison to the converted radiation passing through.
  • the properties of the three-dimensional photonic structure are thus designed such that the transmission conditions are different for different wavelengths.
  • converted light can pass through the three-dimensional photonic structure unhindered while the excitation radiation is deflected. It is also conceivable that converted radiation only emerges from the three-dimensional photonic structure with a certain polarization.
  • one of the two radiations which have different wavelengths, is discriminated by the different properties of the polarization element with respect to the polarization and direction of propagation. It is therefore preferably provided that in the case of a combination of an m-LED and a converter element, by means of which a full conversion is realized, part of the excitation radiation is filtered out except for a comparatively small radiation component with a special wavelength, which leads to a thinner layer of the converter material can be used.
  • the structure described here can be manufactured in a particularly small manner.
  • an emitter unit with an m-LED is provided, and the three-dimensional structure of the polarization element is directly on the m-LED chip, preferably on the semiconductor layer of the m-LED, via which the generated radiation reaches the light exit surface, brought up.
  • the three-dimensional photonic structure is located directly on or in the m-LED chip.
  • Another aspect relates to a method for producing an optoelectronic component with at least one emitter unit which emits radiation via a light exit surface, and with a polarization element which connects at least in sections to the light exit surface and a polarization and / or an intensity emanating from the emitter unit Radiation changes when the radiation passes through the polarization element.
  • This method can be further developed by using an m-LED, or an array of m-LEDs, as emitter unit, on the light exit surface of which, as a polarization element, a three-dimensional photonic structure, for example in the way the two-photon lithography or the glancing angle deposition, and / or the photonic structure is introduced into a semiconductor layer of the m-LED adjoining the light exit surface.
  • the three-dimensional structure can be dimensioned depending on the wavelength of the radiation emitted by the m-LED.
  • an optoelectronic component which is based on the principles and structures or objects disclosed in this application, can be used in a device for generating three-dimensional images, in particular for the display on a display, a monitor or a screen.
  • the three-dimensional impression in a viewer is based on the fact that light of different polarity is directed to the two eyes, with the respective light, or the generated image or depicted objects, being displayed at slightly different positions.
  • three-dimensional images for augmented reality applications or even in the automotive sector can be generated with computer assistance. It is advantageous here that the optoelectronic components disclosed in this application with a three-dimensional photonic structure as a polarization element change the emission characteristics of m-LEDs with respect to the polarization properties and thus discriminate against different wavelengths due to different, wavelength-specific polarization properties or Beam directions can be achieved.
  • the polarized radiation can be generated directly on the substrate with the emitter unit, in particular at the level of an m-LED chip, or the selectivity can be improved with full conversion. This eliminates the need for separate elements that possibly lead to errors or deviations in a positioning. Due to the emission of specifically polarized radiation, the resolution of three-dimensional representations can be improved and at the same time the components or lighting units required for image generation can be reduced. This can be achieved, among other things, by imaging the light of several components with complementary properties via common optics on a display, a screen or directly on the retina of a viewer. Particularly for augmented reality applications and in the field of consumer electronics, three-dimensional images can be generated particularly preferably by combining complementary polarization elements.
  • the far field characteristic of an optoelectronic component can be specifically changed with the aid of a photonic structure or a photonic crystal. Therefore, an arrangement is proposed, inter alia, which comprises at least one optoelectronic emitter unit which emits electromagnetic radiation via a light exit surface.
  • a photonic structure is provided for beam shaping of the electromagnetic radiation before it emerges via the light exit surface, the photonic structure shaping the electromagnetic radiation in such a way that the electromagnetic radiation has a specific and defined far field.
  • the optoelectronic emitter unit is formed as an m-LED.
  • the optoelectronic emitter unit can also have an array with a plurality of m LEDs. This provides a photonic structure over a large number of such m-LEDs.
  • the radiation characteristics from optoelectronic emitter unit of arrival O changes rdnung from a Lambert radiator towards a defined Emission characteristics in the far field.
  • the electromagnetic radiation has a specific far-field on is thus meant in particular that in the far field, the radiation is defined and trahl suspectizing from the exhaust of a Lambertian emitter S det under failed.
  • far field is meant an area that is at least a few centimeters or a few meters away from the lighting unit, depending on the application, so that here the magnetic and electronic fields are perpendicular to each other.
  • the photonic structure can be arranged, in particular in a layer, below the light exit surface and / or between the optoelectronic emitter unit and the light exit surface. The light must therefore pass through it before it finally exits the component.
  • the photonic structure can thus be integrated in the arrangement, as a result of which it can be made compact.
  • the photonic structure can also be integrated into the light exit surface or an end face of the photonic structure can form the light exit surface.
  • the photonic structure is a one-dimensional photonic structure, especially a one-dimensional photonic crystal.
  • the photonic structure can be designed such that the electromagnetic radiation is at least approximately collimated with respect to a first spatial direction.
  • a collimated beam can thus be generated at least with respect to the first spatial direction.
  • Collimating optics can be arranged downstream of the light exit surface, viewed in the radiation direction, the optics being designed to collimate the electromagnetic radiation in a further, second spatial direction, which is orthogonal to the first spatial direction.
  • the first rich device and the second direction can be mutually orthogonal directions that run parallel to the plane light exit surface ver.
  • a beam which is collimated in both directions can thus be generated, which is directed along the main emission direction, which is directed away from the light exit surface and runs orthogonally to both the first and second directions.
  • the photonic structure in particular in the form of a one-dimensional photonic crystal, can be designed in such a way that a main radiation direction of the electromagnetic radiation runs at an angle to the normal of the light exit surface, the angle not being equal to zero degrees.
  • the main emission direction can thus be inclined to the normal of the light exit surface.
  • a beam that is collimated at least in one direction can thus emerge obliquely from the light exit surface, for example.
  • the photonic structure designed as a one-dimensional photonic crystal can be arranged in a layer below, in particular directly below, the light exit surface.
  • the one-dimensional photonic crystal can have a periodically repeating sequence of two materials with a different optical refractive index that extends in one direction.
  • the materials can each have a rectangular or parallelogram-like cross section.
  • the abutting interfaces of the materials can be inclined to the light exit surface.
  • Such a structure can be formed, for example, by etching trenches running parallel to one another obliquely to the light exit surface into the substrate having the light exit surface.
  • the trenches can be filled with a material which has a different optical refractive index than the etched away substrate material.
  • the angle can depend on the slope of the trenches to the light exit surface, and the width of the trenches or the width of the substrate material remaining between the trenches has an influence on the wavelengths on which the photonic structure is effective.
  • the width of the trenches and the width of the substrate material lying between the trenches are adapted to the wavelength of the electromagnetic radiation.
  • the photonic structure can also be a two-dimensional photonic structure, in particular a two-dimensional photonic crystal.
  • An end face of the two-dimensional photonic structure can form the light exit surface of the lighting unit, or the two-dimensional photonic structure can be arranged in a layer below the light exit surface.
  • the two-dimensional structure in particular a two-dimensional photonic crystal, can be designed such that it influences the electromagnetic radiation in such a way that the electromagnetic radiation in the far field forms a defined, in particular a discrete, pattern.
  • the lighting unit can thus be used, for example, in surface topography systems, for example for facial recognition.
  • the photonic structure can be arranged in a layer below the light exit surface, or an end face of the photonic structure can form the light exit surface, so that the photonic structure is located directly below the light exit surface and includes it.
  • the photonic structure can also be formed in a semiconductor layer of the optoelectronic emitter unit.
  • the optoelectronic emitter unit can comprise a layer with converter material and the photonic structure can be in the layer with converter material or in a layer between the layer with converter material and the light exit surface.
  • the optoelectronic emitter unit can have at least one optoelectronic laser, such as a VCSEL (from English: vertical-cavity surface-emitting laser). A field of several lasers is also conceivable.
  • a VCSEL from English: vertical-cavity surface-emitting laser
  • Another aspect relates to the light guidance by suitable projection units after the light has left the emitter or the m-LED, i.e. the distance from a light source to a user's eye.
  • the display is in the direction a user is looking. These solutions are particularly relevant for automotive and other applications.
  • the virtual elements can be created outside the direct line of sight and their light must then be directed to the user's eyes. In all cases, it should be ensured that the projection of the image is sufficiently sharp and high-contrast for the user. This means that the pixels should be separated from each other so that different ravens between two neighboring pixels also give the user the same impression.
  • an m-display arrangement or a display array will have optics in order, for example, to direct light emitted by the m-LED array in certain spatial directions or to reduce its divergence or to shape one of the m-LED arrays.
  • the optics can include, for example, optical lenses and / or reflectors.
  • the optics can further comprise optical filters in order to change the color of the emitted light.
  • the optics can include, for example, light scattering means in order to enable better homogenization of the emitted light.
  • An arrangement with an m-display can have an optical system for individual m-LEDs or a common optical system for some or all of the m-LEDs of the m-LED array, for example in order to direct or emit light emitted by these m-LEDs in certain spatial directions to reduce its divergence or to enable the shaping of a light beam emitted by the m-LEDs.
  • the optics can include, for example, optical lenses or reflectors.
  • the optics can comprise, for example, optical filters and / or light scattering means in order to change the light color or the homogeneity of the emitted light for some or all of the m-LEDs of the m-display.
  • the optics can, for example, be arranged on a common carrier for the m-LEDs of the m-LED array.
  • an aspect of the light guidance is considered if the light-emitting display is not in a direct line of sight.
  • a light guide arrangement is proposed which is connected downstream of the light-emitting device and which has at least two light-emitting devices which emit light of different colors.
  • the arrangement also includes a first and a second elongated light guide, which are arranged such that light generated by the light-emitting devices is coupled into the light guide.
  • the light guide arrangement further comprises a first coupling element, which is arranged adjacent to the first elongate light guide and configured to couple the light of the first color into the first elongate light guide.
  • a second coupling element is arranged adjacent to the elongated second light guide and configured to couple the light of the second color into the elongated second light guide.
  • Corresponding outcoupling elements are arranged on the corresponding end sections of each of the first and second elongate light guides. These guide the light to the user's eye.
  • the light guide elements can have a transparent material, so that they can be arranged in the direct line of sight of the user without impairing the user's view.
  • the coupling elements and the coupling elements can be implemented as separate elements or, for example, as a coating on the corresponding light guides.
  • the light-emitting device can have an m-LED display or an m-LED display matrix and the like. These devices can be integrated monolithically. The sub pixels of different colors can be integrated on a single device. As an alternative, a variety of m-LED displays can be provided, each of the m-LED displays being adapted to produce light of a specific color. The light generated can then be combined using various optics placed in front of the m-LED display. Using different micro-displays can reduce the technical requirements regarding the size of the individual pixels compared to a solution in which sub-pixels of different colors are arranged on the same substrate. The above solution uses different coupling elements in order to selectively couple the light from the light-emitting device into the corresponding light guide.
  • a further third coupling element is provided and is arranged opposite the second coupling element.
  • the third coupling element is adapted to couple light of a third color into the elongated second light guide.
  • the different one coupling element enables a separate coupling of light of a different color into the corresponding light guide.
  • the separation allows the questions to be addressed when dealing with light of different colors or wavelengths.
  • the light of the third color can have a longer wavelength than the second color.
  • light generation can take place at a location that is displaced or offset in relation to the light guides.
  • light generated by the light-emitting device can have an angle of incidence between 30 ° and 90 °, in particular between 45 ° and 90 ° and in particular between 60 ° and 90 ° with respect to the surface of the light guide.
  • the light is not parallel to the elongated light guide when it is coupled into the guide by the coupling element.
  • at least one of the first and second coupling elements can be arranged on the side wall of the corresponding elongated light guide. The dimension of the corresponding Einkoppelele elements is selected so that all light of the different pixels of the light-emitting arrangement is coupled.
  • the first and second elongated light guides can be arranged essentially parallel to one another. They can be separated from each other by using spacers between them to provide space for the coupling and decoupling elements. Apart from the coupling elements, the end sections of the corresponding light guides can have a coupling element.
  • the decoupling element arranged on the output part of the elongate first light guide is adapted to decouple light of the first color.
  • the coupling element arranged on the output part of the elongated second light guide is adapted to decouple light of the second color.
  • a third Auskop pelelement is provided in some variants.
  • the third decoupling element is mounted on the output part of the elongated second light guide opposite the second decoupling element in order to decouple light of the third color.
  • the corresponding Auskoppelele elements are arranged so that the out coupled from the corresponding coupling elements light is directed in the direction of an eye of the user. It is appropriate if some of the decoupling elements are transparent to light of a different color.
  • the first decoupling element is transparent to light of the second and / or the third color.
  • the second coupling element can be at least transparent to light of the third color.
  • the starting point of the concept is a lighting arrangement with a light-emitting optoelectronic element and an optical device for beam conversion of the electromagnetic radiation generated by the light-emitting optoelectronic element, the optoelectronic element comprising a plurality of emission regions arranged in matrix form and a main beam direction being assigned to each emission region.
  • the optical device following the light-emitting optoelectronic element in the beam path can be designed in a simplified manner if at least part and preferably all emission regions of the light-emitting optoelectronic element are arranged in such a way that their centers lie on a curved surface. In one aspect, this can be achieved with a concave curved surface. In the present case, the intersection of the main beam direction is at the center of an emission area understood with the surface of the emission regions emitting electromagnetic radiation.
  • the curved surface forms a spherical segment, the associated spherical center of which lies on the optical axis of the optical device.
  • the center point of the sphere lies at a distance from the light-emitting optoelectronic element in the direction of the beam path.
  • the curved surface is a rotating conic section, for example an ellipsoid, paraboloid or hy perboloid.
  • emission regions are with egg ner matching main beam direction, the different ver on planes with a different spacing in the main S trahlraum to the optical device are arranged.
  • the optical device form system optics, in particular imaging projection optics.
  • the arrangement of the emission ranges enables an improved compensation of the field curvature of the system optics.
  • the mapping in the projection optics can be simplified.
  • several non-planar collimating optical elements are provided between the emission areas and the system optics.
  • each individual emission area forms a separate Lambert emitter.
  • the emission areas are very small and have maximum edge lengths of less than 70 gm, in particular less than 25 gm.
  • the lighting arrangement is formed by at least one of the emission areas through the aperture of a primary optic element assigned to an m-LED or a converter element assigned to an m-LED.
  • the emission areas can already comprise collimating elements, for example in the form of a photonic structure.
  • the emission areas, the centers of which lie on a curved surface can be part of a monolithic pixelated optochip or are in several on a non-planar IC substrate arranged separate opto chips.
  • projection units are known from the prior art, with which images can be displayed in specifically defined image planes as required.
  • Such projection units are used, for example, in so-called augmented reality or virtual reality glasses or in head-up displays, for example in motor vehicles.
  • augmented reality applications and head-up displays regularly display enlarged images at a distance from the viewer.
  • the projection optics usually take on the function of a magnifying glass that enlarges the display.
  • display devices for motor vehicles are known from EP 1 544 660 and DE 197 51 649 A1. In the latter case, an intermediate image is used on a focusing screen in order to display the image correctly on the side of the windshield for the driver by means of further optics.
  • a light field display which are also referred to as virtual retinal displays (virtual retinal displays - VNA).
  • VNA virtual retinal displays
  • a light field display creates an image within the eye through a direct retinal projection.
  • projection units whose pixels emit light that is mixed from light of different colors.
  • light is generated spatially separated and then mixed by suitable optical elements, such as an achromatic lens, and combined to form a beam.
  • suitable optical elements such as an achromatic lens
  • the light must be sufficiently collimated in order to be able to resolve neighboring pixels of different colors, especially with high fill factors.
  • One aspect thus relates to a projection unit with an optoelectronic lighting device and a projection optics, the optoelectronic lighting device having a matrix with pixels for emitting visible light.
  • Each pixel comprises several m-LEDs with spectrally different light emissions, so that differently colored sub-pixels are formed.
  • each m-LED can be controlled separately and, if necessary, can be connected to the driver circuits disclosed in this application.
  • the matrix with pixels comprises one or more m-LED modules which have the structures disclosed in this document.
  • the matrix may have an antenna structure or a bar shape as disclosed here.
  • Various measures such as a transparent cover electrode, a photonic structure or the like can be provided in order to improve the coupling out and directionality.
  • the matrix can be formed by pixel modules (each with three subpixels) which are attached to a carrier substrate.
  • the carrier substrate can contain feed lines and control circuits and can be manufactured in a different material system than the matrix.
  • each pixel is assigned a separate collimation lens, which is connected upstream of the projection lens to increase the fill factor.
  • the collimation optics are designed such that enlarged and overlapping intermediate images of the m-LEDs of the respective pixel are generated in the beam path in front of the projection optics. Accordingly, the collimation optics assigned to each individual pixel not only increases the degree of illumination of a pixel, but also enables a spatial correction of the radiation of the m-LEDs forming subpixels by superimposing the intermediate subpixel images as precisely as possible, which enables efficient coupling of light into the projection optics following in the beam path enables. It should be mentioned at this point that such an optics in the here presented concepts would be suitable, which partially provide redundant sub-pixel elements.
  • collimation optics is expedient, which leads to the highest possible degree of overlap of the intermediate images of the m-LEDs which belong to the same pixel.
  • An overlap of the intermediate images of the Hm LEDs of a pixel of at least 85% and further of at least 95% of their intermediate image area has proven to be suitable.
  • the intermediate images of the m-LEDs are virtual intermediate images.
  • the collimation optics generate a virtual image of the subpixels, so that the size of the virtual image of a subpixel corresponds to the size of the pixel.
  • the collimation optics are preferably arranged between the m-LEDs of a pixel and the projection optics.
  • the light with different colors emit m-LEDs can occupy areas of the same size of the pixel or the areas occupied by the sub-pixels are adapted to the light emission and have different sizes.
  • the sub-pixel that emits green light occupies the largest surface area of the pixel in comparison to the other two sub-pixels, or at least that green light is emitted over a larger area. This is due to the fact that the eye is most sensitive to the green color.
  • green light is emitted over a larger surface area of the pixel than red light
  • red light is in turn emitted over a larger surface area of the pixel as blue light.
  • small-sized m-LEDs are used, so that there are large surface areas in the individual pixels that do not emit light. It is preferred that the semiconductor lighting devices of a pixel occupy no more than 30% and particularly preferably no more than 15%, very particularly preferably no more than 10% of the pixel area. This ensures that optical and electrical crosstalk between the individual pixels is prevented.
  • the subpixels are preferably arranged in such a way that they do not lie directly on the edge of a pixel and do not adjoin one another.
  • the term m-LEDs also includes color-converted m-LEDs or VCSELs with such an edge length or m-LEDs illuminated optical fiber end pieces. At this point, the slotted antenna structures that should be regarded as such m-LEDs should also be mentioned.
  • the collimation optics assigned to each pixel have the advantage that the light emitted by the subpixels is converted into a pre-collimated beam, which is then advantageously available for generating an image by at least one further optical element.
  • precollimated light beams can be generated, so that optical crosstalk between the individual light beams emitted by the subpixels is prevented or at least reduced.
  • the collimation optics have at least one holographic optical element (HOE), that compensates for the different positions of the three semiconductor lighting devices on the surface of the pixel.
  • HOE holographic optical element
  • this function is brought about by a refractive optical element (ROE), which is part of the collimation optics.
  • ROE refractive optical element
  • DOE diffractive optical element
  • the projection unit is further developed in further aspects.
  • it comprises projection optics which are arranged downstream of the collimation optics in the beam path. With the aid of the projection optics, an image or another intermediate image is generated from the individual intermediate images that were generated using the collimation optics, which is used directly or in a further processed form in order to display the desired information to the viewer.
  • the projection optics have suitable optical elements, such as deflecting mirrors, beam splitters and / or lenses, which can preferably be controlled by a control unit and thus moved in a targeted manner in order to effect beam steering and or beam shaping as required, so that information is easy to understand and perceivable form on a display, on a matt screen and / or as a virtual image, for example in front of the windshield of a motor vehicle.
  • suitable optical elements such as deflecting mirrors, beam splitters and / or lenses
  • a proposed projection unit can be used to generate an image for an augmented reality application, for a virtual reality application and or in a head-up display.
  • the proposed one in augmented reality glasses and / or in virtual reality Glasses are installed that are worn on the head by the viewer.
  • the fovea centralis also called the optic pit, is a depressed area in the center of the yellow spot on the retina with a diameter of about 1.5 mm in an adult, which is characterized by a high surface density of the light receptors, which is also a direct neuronal Have interconnection.
  • the fovea centralis only has cones for daylight vision, with predominantly M cones for the green spectrum and L cones for red light.
  • This application discloses novel concepts with which the different resolving power of the eye is taken into account.
  • this also includes a solution with variable pixel density.
  • the proposed light guide arrangement in this case comprises at least one optoelectronic image generator, in particular an m display for generating at least one first image and one second image. Furthermore, at least one imaging optic is provided, which is designed to project a first image of the first image with a first resolution onto a first area of the retina of an eye of the user and a second image of the second image with a second resolution onto one to project another, second area of the retina, the first resolution being different from the second resolution.
  • the first image and the second image can be a respective image of a sequence or sequence of images.
  • the images can in particular be at least two successive images of a sequence or sequence of images which are perceived by the viewer as a scene or as a frame, the individual images being normally displayed so quickly that they are
  • the eye is not perceived as individual images, but only in its entirety as a scene or frame; the first and second images can also be a partial image or section of the image, which, when put together, results in the entire image.
  • the first image can have a first partial image with the first resolution and the second image can have a second partial image with the second resolution. This results in the eye of the beholder in each case the first and the second picture with different resolutions.
  • the first image with the first resolution can be on the first area and the second image of the second image can be on with the second resolution the second area of the retina are projected.
  • Different areas of the retina can thus be illuminated with images whose resolutions are adapted to the physiological possibilities of the retina.
  • an image can be projected onto an outer area of the retina with a relatively low resolution, while a further image is projected onto a central area of the retina with a higher resolution.
  • the proposed light guide arrangement therefore makes it possible to provide different resolutions of the projected images for different areas of the retina, so that resolutions can be achieved which lead to pixels which can no longer be resolved by the eye.
  • an image of an image cannot be produced with constant resolution over the entire area of the retina. Rather, it is taken into account that the resolving power of the eye is lower in the peripheral areas of the retina than in the center. This is particularly advantageous compared to a system that generates an image with constant resolution over the entire area of the retina.
  • a constant pixel density is provided there, so that either the resolution in the peripheral areas of the field of view is higher than the eye can perceive, or the resolution in the center of the retina is too low to enable good image perception.
  • a So-called scanning methods are used, in which the entire retina is gradually scanned, in particular to generate a respective overall image or frame.
  • the areas, in particular the first and second areas, are therefore smaller than the total area of the retina.
  • At least one image for a frame fills the entire area of the retina.
  • At least one area such as the first area or the second area, can therefore correspond to the total area of the retina.
  • the imaging optics or components thereof and the imager can be synchronized in such a way that there is at least one frame comprising the first and the second image, which the eye perceives as an overall image. It is understood that the retina, the eye and the user are not part of the optoelectronic device.
  • the first and second image generated by the at least one image generator or m-display can have a total number of pixels which are projected onto the first and second areas of the retina and appear there as the first and second images, respectively.
  • the resolution of the first and the second image therefore results from the ratio of the number of pixels and the area of the area in which the respective image is projected onto the retina.
  • a resolution can be assigned to each image, with which the image is projected onto the respective area of the retina.
  • the images generated by the at least one image generator have the same resolution, depending on the number of pixels of the respective image generator, when leaving the image generator and only by an enlargement or reduction of the image by the imaging optics differs from the resolution of the respective projected images on the retina.
  • the light guide arrangement according to this concept can enable a frame to be created using a more compact component as an image generator or with fewer pixels or a smaller image diagonal from several images that cannot be resolved by the eye with different resolutions, corresponding to the sensitivity of the eye, can be projected onto the retina without restricting the viewing experience.
  • Such a frame which is composed of images, can also be referred to as a scene, the images being able to be projected onto the retina of the eye simultaneously or sequentially.
  • a scene with sequentially displayed images is usually so fast that the eye perceives it as a single overall image.
  • Typical refresh rates are 60 or 120 Hz and the display time per image is a fraction of a frame, with 2 to 100 images, preferably 5 to 50 images, being displayed per frame.
  • the imager for example in the form of an m-display, can be designed such that it has a pixel size with dimensions in the range of a few pm, in the range of 100 pm x 100 pm or below.
  • Such pixel sizes can be realized with displays that include m-LEDs. Distances between two pixels can be in the range from approx.
  • the pixel size itself is less than 70 pm and can be, for example, less than 20 pm or in the range from 3 pm to 10 pm.
  • pixel sizes can be realized with displays based on a monolithic, pixelated array.
  • the imager can therefore be designed as a monolithic component, in which the individual pixels can, however, be controlled individually.
  • the array can be an RGB array. Separate arrays for each color, in particular RGB color, can also be provided.
  • the pixels can have sizes in the range from a few pm to a maximum of 50 pm and adjoin one another almost seamlessly. With such imagers, the number of pixels can be in the range 1000 to 50,000, the pixels preferably being directly adjacent.
  • Compact components can be realized by using monolithic imaging devices.
  • the at least one optoelectronic imager can be formed by an arrangement of p-LEDs with mxn pixels, m and n can assume values between 50 and including 5000, preferably between 100 and 1000 inclusive.
  • the size of the pixels and the distance between adjacent pixels (pitch) can be constant. Typical values for the pitch can range from inclusive
  • the at least one optoelectronic imager can have subpixels with at least one primary color, but preferably subpixels with the three primary colors red, green and blue (R, G, B). Sub pixels of all three primary colors form a pixel.
  • the number or the density per area of the subpixels can be different. For example, several green subpixels can be provided, since the eye is particularly sensitive in the green area.
  • antenna S gagture conceivable.
  • p-Rods would be as disclosed here or optoelectronic elements with interposed dyes possible.
  • the distances between pixels can also be larger. For example, arrangements are possible in which the distance between adjacent pixels is in the range between 1 and 5 times the pixel size. Such shapes and designs are disclosed in this application.
  • the light guide arrangement according to the invention allows the use of such high-resolution displays as image generators.
  • imaging devices with a lower resolution can also be used, since - as already explained - a higher resolution can be achieved on the retina.
  • the first area in which the first, in particular higher resolution is achieved can be in the center or closer to the center of the retina than the second area in which the second, in particular lower resolution is achieved.
  • the higher first resolution takes into account the higher receptor density in the center of the retina.
  • the first and second areas can be arranged on the retina in such a way that the second area concentrically surrounds the first area. Accordingly, the first area in the center of the retina has the shape of a circle, for example. This can be surrounded by the at least one second region in a concentric manner, for example in the form of a ring.
  • the A- Individual images can thus surround each other like concentric circles on the retina, with partial overlap also possible.
  • the imaging optics can have a beam guiding device which directs light rays of the first image, to produce the first image, onto the first region of the retina and light rays of the second image, to produce the second image, onto the second region of the retina.
  • the beam steering device can be used to project images that are generated by an image generator onto the respective retinal areas provided.
  • a controller can be provided which controls the beam steering device as a function of an image displayed by the imager.
  • the beam steering device can have at least one movable and / or fixed mirror or a comparable reflective element for beam steering.
  • the movable mirror can, for example, be designed to be tiltable about one, two, three or more axes, preferably about one or two axes.
  • the controller can control the positioning of the mirror depending on an image displayed by the imager.
  • the beam steering device can have at least one and preferably at least two glass fibers for beam steering.
  • the glass fibers can be fixed.
  • the light rays emitted by an imager can be coupled into different glass fibers.
  • Each glass fiber can illuminate a specific, assigned area of the retina. The image of an image therefore appears on the area of the retina that is assigned to the glass fiber, into which the light rays are coupled to form the image.
  • the imaging optics can have at least one beam shaping device which detects the light beams of the first and of the second image focused on the respective area of the retina.
  • the light rays of the first image can be focused more than the light rays of the second image.
  • the first image resulting from the first image on the retina thus appears on a smaller area than the less focused second image. This results in a higher resolution for the first image than for the second image.
  • the beam shaping device can have at least one focusing or magnifying optic, at least two different magnifications being possible, preferably between three and ten different magnifications.
  • the largest and smallest magnifications of the beam shaping device can differ, for example, by a factor between 1.1 and 10, preferably between 1.5 and 5, particularly preferably between 1.8 and 3.
  • the imaging optics can have at least one first beam shaping element and a second beam shaping element.
  • the first beam shaping element can focus the light beams of the first image and the second beam shaping element can focus the light beams of the second image.
  • the at least one first and second beam shaping element can be formed, for example, from a lens, in particular from a converging lens and / or a diverging lens. It is also possible for the at least one first and second beam shaping element to be formed from a segmented lens, which can have a multiplicity of smaller converging lenses and / or scattering lenses. In addition to lenses with a classic design, other suitable, for example flat, optical elements are also suitable as beam shaping elements, for example metal lenses.
  • the at least one first and second image can be displayed one after the other, in particular on the same image generator become.
  • a resulting overall picture for the eye can be generated on the retina by a scanning method, since different areas of the retina can be illuminated at different times.
  • the retina can be at least substantially completely illuminated within a scene that comprises at least the first and the second image or image.
  • the first and the second image can be displayed at least substantially simultaneously, in particular on at least two different image generators. It is thus possible for the first image and the second image to be projected onto the corresponding areas of the retina at the same time.
  • the first and the second image are generated at least substantially simultaneously on different image generators and a projection onto the intended retinal areas can take place via a respective assigned beam steering device.
  • the beam steering devices can be designed in a compartment since, for example, moving parts can be dispensed with.
  • an adapted resolution can be achieved in a simple manner on each area of the retina.
  • the optoelectronic device can have at least one control which is designed to control the imaging optics as a function of a respective image provided by the imager.
  • An alternative embodiment of transferring images onto or into the eye of a user is achieved by so-called light field displays, which are also referred to as virtual retinal displays (virtual retinal displays - VNA).
  • VNA virtual retinal displays
  • a light field display creates an image within the eye through a direct retinal projection.
  • the concepts presented here propose a light field display which comprises an optoelectronic device for generating a raster image and an optics module for direct retinal projection of the raster image into a user's eye.
  • the proposed operating method is based on the knowledge that, in addition to a first raster partial image projected flat onto the retina of a user, a second raster partial image that has a higher resolution and a smaller spatial extension than the first raster partial image points to the fovea centralis in the user's eye.
  • the projection covers at least the fovea centralis and can draw an image associated with the parafovea for variants on a further area around the fovea centralis. This ensures that a certain centering error of the second raster image relative to the position of the fovea centralis in the user's eye is not perceived.
  • a maximum diameter of the second raster partial image projected onto the retina is expediently 5 mm, preferably 4 mm and particularly preferably 3 mm.
  • the light field display comprises a first imaging unit generating a first raster partial image and a second imaging unit generating a second raster partial image.
  • the raster image projected onto the retina comprises the first raster partial image and the second raster partial image.
  • the retina-projected raster image is composed by the first raster sub-image and the second raster sub-image, the first raster sub-image having a dark area in the area of the fovea centralis, into which the second raster sub-image is faded in with higher resolution by means of an adjustment lens.
  • the adjustment optics are designed in such a way that the relative position of the retinal projection of the second raster partial image compared to the retinal projection of the first raster partial image can be adjusted.
  • an advantageous embodiment of the adjustment optics has a switchable Bragg grating.
  • the adjustment optics comprises an Alvarez lens arrangement, in particular a rotatable variant with a Moire lens arrangement.
  • pivotable prisms or other elements with the same functionality are provided in the adjustment optics.
  • the optical module of the light field display has collimation optics for the first imaging unit and / or the second imaging unit.
  • the adjustment optics are preferably arranged at least in part in the collimation optics and particularly preferably completely in the collimation optics.
  • an adjustment lens can be at least partially between the collimation lens and a waveguide.
  • Special low-profile designs use the adjustment optics, which is at least partly arranged in a lenleiter or entirely in this.
  • the m-LED module or an m-display for the particularly high resolution and its control components can be designed to be small due to the limited projection area.
  • the m-LED module for the second imaging unit can be structurally simplified in that at least the central areas have pixels that generate light only in the green and red spectral range, which can be detected by the cones of the fovea centralis.
  • the light field display is assigned a measuring device for determining the position of the fovea centralis in the user's eye in some further aspects.
  • This can include an IR illumination device for measuring the retina.
  • a device can be provided that determines the position of the fovea centralis using an imaging method. Indirect positioning is also possible by measuring the optical axis of the eye based on the pupil position or by detecting the location of the more visible optic nerve papilla on the retina. From the center of the optic nerve papilla, the center of the fovea centralis in the average adult lies at a lateral distance of 4.5 mm (15 °) laterally (on the side of the temple) and a vertical offset of 0.65 mm (2 ° 10 ') proximally.
  • the projection of the first raster partial image onto the fovea centralis is dynamically followed and thus follows the user's viewing direction.
  • an eye movement detection device and a control device for the adjustment optics are provided.
  • the eye movement detection device has an imaging measuring device for the Fovea centralis or another reference point in the eye, such as the pupil axis or the optic nerve papilla.
  • the control device can additionally have a prediction device, which stores a model of the eye movement and which additionally processes the displayed image data. Movable objects in the image, to which the user is most likely to direct the line of sight, can be detected and this information can be fed into the motion model.
  • Another concept is based on the fact that the human eye does not see equally well everywhere in its complete field of vision, both in terms of color perception and spatial resolution.
  • eye sensitivity varies across the visual range, so that good spatial resolution and good color resolution are only necessary in the area of the center of a display. This can reduce consumption compared to conventional displays or pixel arrangements.
  • the realization of a more compact component is possible without restricting the viewing experience.
  • the imaging element therefore only has to have the resolution that is required for the respective areas in the eye.
  • the application now proposes to provide an imaging element with a variable pixel density and to scan the image with suitable optics.
  • the imaging element comprises a linear imaging element with variable pixel density and suitable optics, so that the actual image is generated by scanning the polar angle f.
  • An image strip represented by means of a line array is “rotated” by optics, whereby a viewer creates a circular two-dimensional image with a pixel resolution. This increases with increasing distance from Center according to the sensitivity of the eye.
  • the linear imaging element can be, for example, an arrangement of m-LEDs or a monolithic pixelated RGB array. The latter is a monolithic component in which individual areas can be controlled individually.
  • the designs of m-LEDs or modules disclosed in this application are particularly suitable for such an arrangement.
  • the size of the m-LEDs or pixels should be as small as possible in the center of the visual range of the eye in order to achieve high resolution. A significantly coarser resolution is then sufficient in the peripheral areas, since the sensitivity of the eye is also lower here.
  • the color rendering can also be greatly reduced and, in extreme cases, only limited to green light, since the color perception of the eye is also severely restricted in the peripheral areas.
  • a pixel array is proposed, especially for a display in polar coordinates.
  • This comprises a multiplicity of pixel elements which are arranged from a starting point on an axis through the starting point in at least one line.
  • the plurality of pixel elements each have a height and a width.
  • At least the width of the pixels, defined as the distance between the centers of two neighboring pixels, is variable in such a way that the width of the pixel elements increases along the line starting from the starting point. In other words, the individual pixel elements become wider the further they are from the defined starting point.
  • This line in one embodiment also two or more lines one above the other, can be used to represent a display.
  • the term “pixel” denotes an addressable picture element of a predefined size, which comprises at least one light source.
  • the light source can have the same size as the pixel, but can also be smaller.
  • the width can be increased by different active ones Areas of the light source in the pixel or by increasing dilution.
  • the predefined size becomes larger with the light area remaining the same, or the light-emitting area becomes smaller with the same predefined size.
  • the pixels can also have a variable height, for example, which increases with increasing distance from the starting point.
  • the variable height is chosen such that the position of the pixel elements from one position to the next position lie next to one another due to the rotation of the light strip.
  • the starting point forms a central center and the plurality of pixel elements are arranged symmetrically around the center along the axis in a row.
  • This version is similar to the above-mentioned design. Only a rotation no longer takes place through 360 °, but only through 180 ° in order to produce a complete image. As a result, higher refresh rates can be achieved with the same rotation frequency.
  • the optical system can be simplified, since it only has to rotate in a reduced angular range.
  • the array contains pixels of several basic colors, so that a multicolored display can be realized. This is done either via an alternating arrangement of the colors within the same line or the array comprises further lines or- and / or below the primary line, which contain pixels of a different basic color.
  • a colored pixel can also be formed by a subpixel, in which case three subpixels of different colors are combined to form one pixel, this is the conventional approach with m displays. In the present case, however, due to the different light generation and guiding concept, pixels and sub-pixels are used synonymously for the sake of simplicity.
  • Another aspect concerns the different color perception of the eye, which changes depending on the position as well as the spatial resolution.
  • this aspect can be realized in different ways.
  • two adjacent pixels in a line have a different color.
  • the plurality of pixel elements can thus comprise at least three different colors, the number of pixels (or sub-pixels) of the respective color being different. For example, these can be the colors green, red, blue and yellow.
  • the number of pixels of different colors can also vary with increasing distance. For example, pixels with the color green can occur more frequently with corresponding distances from the starting point than corresponding pixels with other colors.
  • a first number of the plurality of pixel elements is arranged in a first line
  • a second number of pixel elements is arranged in at least one second line.
  • the pixels in the first line differ in their color from pixels in the second line.
  • Three or even four rows of pixel elements can be arranged, the pixels of each row having a different color.
  • each of the at least two lines has pixel elements of all colors. However, these are arranged differently from line to line, so that the nth pixel of each line differs in color. This can be useful when generating an overall image by rotating the lines.
  • the rows are arranged essentially parallel to an axis.
  • a first line of the at least two lines is arranged in the middle of the axis, a second line then follows below the line in the middle, a further line possibly above.
  • Some other aspects concern a distribution of the pixels of different colors.
  • the same number of pixels need not be present in the first and at least one second line.
  • the first number of the plurality of pixel elements in the first line is different from the second number of the plurality of pixel elements in the at least one second line.
  • the active area of the light source in the pixels of the first line and the pixels of the second line can be different.
  • This aspect can be considered all in one area of the lines, that is, depending on the sensitivity of the eye, from a predefined distance from the starting point.
  • one aspect provides that at least some pixels of the first and second lines have the same width and, from an nth pixel of the first line, the width is different from the width of the nth pixel of the second line.
  • the one or more lines is designed as a pixelated array, in which each pixel of the array can be controlled individually.
  • Such an array can be designed as a monolithic component.
  • the individual pixel elements can also be implemented by m-LEDs.
  • a pixel matrix with at least two pixel arrays is now also proposed in particular for a display in polar coordinates.
  • the at least two pixel arrays have a common center, i.e. their respective starting points are the same.
  • the two pixel arrays form a defined angle to each other. For example, the angle between the pixel arrays is 90 ° with two pixel arrays, with three pixel arrays the angle can be 60 °.
  • Such an arrangement comprises a pixel array or a matrix and an optical system for deflecting and rotating the light strip generated by the pixel array during operation.
  • the optical system comprises a mirror which is movable about at least two axes and which is in a main emission direction of the pixel array or the pixel matrix is arranged and is designed to cause emitted light from the pixels arranged in line to rotate around a point corresponding to the starting point.
  • a last aspect relates to a method for operating a pixel array or a pixel matrix.
  • a first light strip is generated with a large number of pixel elements arranged in a row and this light strip is guided to a destination.
  • a second strip of light is then generated.
  • the second light strip is rotated by a certain angle and a point of rotation, the point of rotation corresponding to the starting point of the pixel elements arranged in a line.
  • the second light strip rotated in this way is then guided to the destination.
  • the light strip is rotated via one or more mirrors.
  • the line can be a single line or multiple lines.
  • a monolithically integrated pixelated component can also be used as such a line.
  • Another aspect relates to the control of the light-emitting elements in an m-LED display.
  • the limited available space under the current matrix elements pixel requires further considerations about how to address and control the individual pixels.
  • Conventional approaches and techniques cannot be used due to the limited space.
  • This can also apply to concepts in which the current is controlled by each pixel. Since the space required for an m-LED as a subpixel is significantly smaller than for normal pixels, newer concepts are necessary.
  • driver circuits should be suitable for providing the current frame rate from 60 Hz to 240 Hz.
  • PWM pulse width modulation
  • a digital nonlinear PWM can process digital codes so that the pulse width can be generated by a nonlinear transfer function of the codes on the pulse width.
  • various concepts are presented that are suitable for implementation in monolithic displays or pixelated arrays with m-LEDs due to their particular size and scalability.
  • a standard pixel cell circuit is switched very quickly alternately to "off" and "nominal current".
  • a so-called 2T1C circuit is used in conventional circuits.
  • the programming frequency is very high in order to achieve a sufficient “refresh rate” of the display.
  • the problem was solved in the past by a second transistor, which, however, consumes additional space With the m-displays shown here and also the space “under” the m-LEDs, the space may no longer be sufficient.
  • a current driver for m-LEDs with a backgate is presented below, which reduces these problems.
  • a device for electronic control and power supply of an m-LED which has a data signal line, a threshold value line and a selection signal line. Furthermore, an m-LED is provided, which is electrically connected in series to a dual-gate transistor and together with this between a first and a second potential connection. A first control gate of the dual gate transistor is connected to the threshold line.
  • the device also has a selection hold circuit with a charge store, which is connected to a second control gate of the dual-gate transistor and to a power line contact of the dual-gate transistor, and to a control transistor, the control connection of which is connected to the selection signal line.
  • the additional control gate of a dual-gate transistor can now be modulated as an existing driver transistor with a PWM signal.
  • the dual-gate transistor also acts as a current driver transistor.
  • a device wherein an m-LED and a dual-gate transistor are arranged in series in a current path.
  • An analog data control signal for color control of the m-LED is applied to one side of the dual-gate transistor by means of the selection signal via a selection hold circuit.
  • a coupled pulse width modulation signal to the other side of the dual-gate transistor, the brightness of the m-LED is controlled.
  • a backgate transistor is advantageously used as a dual-gate transistor.
  • the modulation of the back gate of the driver transistor can also be used as an actuator for the current controlled system in order to return a feedback signal, for example the forward voltage of the light-emitting diode, and thus to achieve current feedback to a light-emitting diode temperature drift.
  • a feedback signal for example the forward voltage of the light-emitting diode
  • a light-emitting diode current can be pulse-modulated easily and, above all, in a space-saving manner, particularly in the TFT (thin film transistor) pixel cell.
  • TFT thin film transistor
  • Weak modulation of the voltage on the backgate can be used to make the current in the m-LED essentially independent of the m-LED temperature.
  • the dual gate transistor may include a back gate transistor in which the back gate forms the first control gate. This is a compact design.
  • the dual-gate transistor can be designed as a thin-film transistor with two opposite control gates.
  • the first control gate of the dual-gate transistor can be designed to set a threshold voltage. Modulation can be carried out in this way. Alternatively, a switching signal (PWM signal) can be applied to the first control gate during operation. A simple brightness control can thus be carried out.
  • PWM signal a switching signal
  • the m-LED can be connected with its first connection to the first potential connection
  • the dual-gate transistor can be arranged with its power line contacts between a second connection of the m-LED and the second potential connection.
  • the selection hold circuit can have the charge memory, which is connected to the second control gate of the dual-gate transistor and to the second connection of the m-LED. This version is easy to manufacture using NMOS technology.
  • the m-LED can be connected with its first connection to a second power line contact of the dual-gate transistor and with its second connection to the second potential connection.
  • the power supply contacts of the dual-gate transistor are connected between a first connection of the m-LED and the first potential connection.
  • the charge memory of the selection hold circuit is connected to the second control gate of the dual-gate transistor and to the first potential connection.
  • the m-LED is connected with its first connection to the first potential connection and the dual-gate transistor with its power line contacts is connected between a second connection of the m-LED and the second potential connection.
  • the selection hold circuit can be connected to the charge memory with the second control gate of the dual-gate transistor and with the second potential connection.
  • the selection hold circuit comprises a further control transistor which is connected in parallel with the m-LED and whose control connection can be connected to the selection signal line.
  • the charge storage device can be connected to the second control gate of the dual-gate transistor and to the first potential connection, and can further comprise a temperature compensation circuit with negative feedback based on the detection of a forward voltage by the m-LED, the temperature compensation circuit can form the threshold line on the output side.
  • the temperature compensation circuit may include a control path that may be arranged in parallel with the dual-gate transistor and may have two paths connected in series. This is a simple design.
  • the threshold line can be connected to the first control gate of the dual-gate transistor from a node between the two controlled routes provided by means of a third control transistor and a fourth control transistor. The backgate can be effectively controlled by means of the node.
  • the control connection of the fourth control transistor can be connected to the second potential connection. In this way, the gate of the transistor is stably set to the high potential of the second potential connection.
  • the temperature compensation circuit can comprise a second charge store, which can be connected to a control connection of a control transistor providing one of the two paths and to the first potential connection.
  • the gate voltage of the third transistor can thus be buffered.
  • a second data signal line is coupled to the second charge memory and the third control transistor.
  • a signal on this line is used to program a negative feedback factor, which can be with.
  • a fine adjustment of the temperature compensation can also be carried out. Depending on the application, this fine adjustment can be switched on or off using a further control transistor
  • control connection of the third control transistor can be connected to the second potential connection in the temperature compensation circuit. So that the gate voltage of the third control transistor is advantageously set clearly and stably.
  • a fifth control transistor can be connected in parallel to the m-LED, to whose control connection a switching signal (PWM signal) is present during operation.
  • PWM signal switching signal
  • the dual-gate transistor can then work as a temperature-stabilized current source.
  • Control for brightness adjustment or dimming of pixels is also important. Such dimming is required not only in the automotive sector, for example to switch between day and night vision, but also in AR applications. In principle, such dimming can be expedient and advantageous if contrasts have to be adjusted or if external light makes it necessary to regulate the brightness of a display in order not to dazzle a user or to be able to show information reliably.
  • control circuits for controlling matrix displays are known, with which the individual pixels of the rows formed from several rows and columns are specifically controlled.
  • Controls are also known with which the LED current is specifically reduced or dimmed. This so-called current dimming is used, for example, in displays with liquid crystal displays or OLEDs.
  • the following aspects should further develop the control of a lighting unit with LEDs to vary the brightness so that a comparatively simple, accurate and reliable change in the brightness of the light emitted by the LEDs is achieved.
  • dimming, or the operation in different brightness and contrast levels should be made possible.
  • a control circuit for changing the brightness of a lighting unit which has a voltage source for supplying the lighting unit with electrical power Energy and has at least one energy storage. The latter sets a current for the lamps in the lighting unit. Furthermore, a control element is provided which temporarily changes a voltage of a voltage signal generated by the voltage source, on the basis of which an LED current flowing through the at least one LED can be set.
  • the control circuit has been further developed such that the control element is set up to operate the lighting unit at at least two different brightness levels by a first and a second voltage signal during a period, that is to say in a repeating period which have different voltages, are transmitted to the lighting unit and the brightness level can be set as a function of the voltage of the first voltage signal.
  • a pulsed voltage signal is applied to the lighting unit, a current flowing through the at least one m-LED of the lighting unit as a function of the voltage signal, which causes the LED to light up.
  • a first voltage signal in particular a switch-on voltage signal
  • a second voltage signal in particular a switch-off voltage signal
  • the at least one LED provided in the lighting unit supplying or supplying a current proportional to the voltage when the first voltage signal is present is flowed through by a current proportional to the voltage. It is fundamentally irrelevant whether the lighting unit has one or a plurality of LEDs.
  • the switching element has a transistor, via which the at least one LED of the lighting unit is supplied with electrical energy as a function of the respective voltage signal and through which an LED current flows, so that it preferably emits visible light.
  • the lighting unit is controlled in such a way that a first voltage signal is transmitted to the lighting unit within a period, first in a first phase of the period and then in a second phase of the period, depending on the Voltage of the respective voltage signal, a current flow through which at least one LED of the lighting unit is effected.
  • the voltage or the voltage value of the second voltage signal is significantly lower than the voltage of the first voltage signal.
  • the voltage of the second voltage signal is at least almost zero.
  • the energy storage of the lighting unit is charged.
  • a current flows through the LED with a current that is proportional to the voltage of the voltage signal and emits visible light thereon.
  • the potential in the energy store preferably a capacitor, is maintained, so that until the start of the subsequent period, a current flows through the LED, which therefore continues to emit light emitted. Even if the strength of the LED flowing during the first phase of the period
  • the current should be equal to the strength of the current flowing through the LED during the second phase of the period, in practice this is not the case.
  • the control circuit usually has a second capacitance in addition to the capacitance of the energy store, in particular a capacitor, and in this way a capacitive voltage divider is created, so that the voltage across the energy store during the second phase of the period compared to the voltage during the first phase of pe period is lowered.
  • a second capacitance is provided for example by the capacitance of the transistor, in particular the so-called gate-source capacitance.
  • the strength of the current flowing through the LED during the first phase of the period in which the first voltage signal is transmitted to the lighting unit changes from the strength of the current during the second phase of the period which transmits the second voltage signal to the lighting unit, distinguishes by the LED flowing current, namely is smaller.
  • an observer will not recognize this difference, which leads to a difference in the maximum brightness of the LED during a period, but will only perceive the light output averaged over the period.
  • the first and second voltage signals with a frequency of 60 Hz, which corresponds to the usual refresh rate of displays, be repeated. This means that a first and a second voltage signal are transmitted to the lighting unit sixty times within a second, with the LED current flowing through the at least one LED of the lighting unit as a function of the voltage of the respective voltage signal.
  • the m-LED while the second voltage signal is being transmitted to the lighting unit, is supplied with the electrical energy required to excite light emission from an energy store designed as a capacitor. Since the voltage of the capacitor is lower than the first phase of the period, the LED is in this operating state from a current compared to flows through the first phase of the period of lower intensity, so that the m-LED shines less brightly.
  • the control element is set up to generate the first voltage signal with a duty cycle of 0.0025 to 0.003, the duty cycle corresponding to the ratio of the duration of the first voltage signal to the duration of the period.
  • the duty cycle thus indicates the ratio of the duration of the first voltage signal to the period.
  • the first voltage signal is transmitted to the lighting unit for a maximum of 0.050 ms, which corresponds to a duty cycle of approximately 0.003 or 1: 333.
  • the second voltage signal is transmitted to the lighting unit over a period of 16.6 ms.
  • the duty cycle in relation to this signal is therefore approximately equal to 1.
  • the control circuit is set up to operate the lighting unit at a first, darker brightness level by the voltage of the first voltage signal being within a first Voltage interval lying voltage value is set and to operate the lighting unit at at least a second, brighter brightness level by the voltage of the first voltage signal is set to a voltage value lying within at least a second voltage interval, the voltages are higher than that of the first voltage interval.
  • two voltage intervals or voltage ranges are provided for controlling a lighting unit, each having different voltages with which the first voltage signal is generated and which are at different voltage levels. Depending on the level of the voltage of the first voltage signal, the lighting unit is thus operated either at a first, darker brightness level or at a second, brighter brightness level. If the lighting unit is to be operated at the brighter brightness level, the lighting unit is activated on the basis of a first voltage signal, the voltage of which lies in the second voltage interval and thus in the voltage interval which has the higher value.
  • control element is set up to operate the lighting unit with a targeted variation of the voltage of the first voltage signal within one of the at least two defined voltage intervals at the same brightness level.
  • first voltage signal in particular its voltage
  • the first voltage signal is advantageously varied between two successive periods only to such an extent that the corresponding voltage is still within the same voltage interval and it is ensured that the lighting unit despite a slight change in brightness is still operated at the same brightness level. It is thus possible to dim the lighting unit, in particular the at least one LED provided within the lighting unit, to at least two different brightness levels, That is, to provide at least two different brightness levels with an at least largely stepless area in which the brightness of the at least one LED of a lighting unit is specifically changed.
  • the first voltage interval or the first voltage range has voltage values at least in the range from 1.3 V to 3.0 V. Furthermore, it is preferably provided that the second voltage interval or the second voltage range has voltage values at least in the range from 4.0 V to 10.0 V. In this way, two areas are realized at different levels of brightness, within which the brightness of the lighting unit can again be selectively changed or dimmed.
  • the idea can be taken into account that - as soon as a comparatively small first voltage signal is applied to the lighting unit - the entire current flowing through the LED during a period is largely determined by the current which is generated during the first phase of the period in which the first voltage signal is applied to the lighting unit through which the LED flows.
  • the lighting unit is operated with a comparatively low brightness and the emission of light due to a current flow through the LED, which is caused by the second voltage signal which is present in the second phase of the period, can occur in this operation condition are neglected.
  • the lighting unit If, on the other hand, a first voltage signal with a comparatively high voltage is transmitted to the lighting unit, the total current flowing through the LED during one period is largely determined by the current, that during the second Phase, i.e. while the second voltage signal is present at the lighting unit, flows through the LED. In this case, the lighting unit is operated at a high brightness level and can be dimmed in this area by specifically varying the first voltage signal.
  • the control circuit presented can be used in a display or a monitor for image generation. These can be part of a larger screen or display device, for example in a motor vehicle. Implementation in AR or VR glasses or another device is also conceivable. Again, it is essential that a control is used that enables the operation of a display or a monitor at at least two different brightness levels.
  • some aspects also relate to a method for deliberately changing the brightness of a lighting unit, in which a voltage source supplies the lighting unit with electrical energy and at least one LED as illuminant of the lighting unit at least temporarily from an energy storage device of the lighting unit with an electrical shear Energy is supplied. Furthermore, in this method, a voltage signal is transmitted to the lighting unit at least temporarily and the LED current flowing through the at least one LED is set on the basis of the voltage signal.
  • the method is characterized in that the lighting unit is operated at at least two different brightness levels, in that a first and a second voltage signal, which have different voltages, are transmitted to the lighting unit during a period and the brightness level as a function of the voltage of the first voltage signal is set.
  • a first and a second voltage signal which have different voltages, are transmitted to the lighting unit during a period and the brightness level as a function of the voltage of the first voltage signal is set.
  • a first voltage signal is applied to the lighting unit in a first phase of the period, so that initially, while the first voltage signal is applied to the lighting unit, the energy storage device of the lighting unit is charged and the at least one LED of the lighting unit is charged from one to the other Voltage of the voltage signal proportional current is flowed through.
  • a second voltage signal is transmitted to the lighting unit with a voltage that is significantly reduced compared to the voltage of the first voltage signal and is preferably close to zero.
  • the LED shines less brightly in the second phase, but for a comparatively long period of time.
  • the lighting unit can be operated at a high brightness level with a comparatively high average light output or at a low brightness level with a comparatively low average light output.
  • the influence of the first phase of the period on the average light output of the LED is comparatively high, while for a first voltage signal with a high voltage value the second phase of the period, in which is the second voltage signal to the lighting unit, is of crucial importance for the average light output of the LED.
  • the LED of the light unit is supplied with electrical energy from an energy store designed as a capacitor while the second voltage signal is present at the light unit.
  • the lighting unit is operated at least temporarily at a first, darker brightness level by setting the voltage of the first voltage signal to a voltage value lying in a first voltage interval and the lighting unit at least temporarily on at least a second, brighter brightness level is operated by setting the voltage of the first voltage signal to a voltage value lying within at least one second voltage interval, the voltages of which are higher than that of the first voltage interval.
  • the voltage of the first voltage signal is varied between two successive periods without changing the brightness level at which the lighting unit is operated. There is thus a variation in the average light output of an LED while it is operated at a constant brightness level. The voltage of the first voltage signal is thus changed between two consecutive periods within the voltage interval or voltage range provided for the corresponding brightness level.
  • the pulse modulation used is also an aspect to be considered.
  • the LEDs are usually operated in pulse width modulation, ie switched on and off in rapid succession for contrast and brightness adjustment.
  • the frequency is a few 100 kHz up to the MHz range.
  • the switching operations affect the power source. This allows the precision as well as the stability suffer from the power source. In the case of control loops within the power source, the switching processes lead to spikes or other behavior which can bring the control loop out of its control range.
  • a regulated current source for m-LEDs which regulates a current source in such a way that its output current remains in its control state even during PWM modulation and in particular during the switching operations and follows a setpoint.
  • the power source and in particular the feedback loop is suitable
  • the output current or a signal derived from it is fed to the control loop, which compares it with the setpoint. If the current source is now switched off, or is operated in an on / off mode (intermittent mode), a substitute signal is fed to the control loop while the output current is switched off.
  • the replacement signal keeps the control loop in its modulation range.
  • the substitute signal expediently corresponds to an expected output current or the signal derived therefrom, or is similar to this. Overall, continuous regulation in the modulation range is achieved in this way regardless of the switching state of a current source. The precision and stability of the supply circuit is retained.
  • a supply circuit which comprises an error correction detector with a reference signal input, an error signal input and a correction signal output. Furthermore, a controllable current source with current output and a control signal connection is provided. The control signal connection is connected to the correction signal output, forming a control loop for the controllable current source. In other words, it regulates Error correction detector the output current of the current source within certain limits.
  • the current source is thus designed to provide a current at the current output as a function of a signal at the control signal connection.
  • the supply circuit comprises a replacement source with an output, which is designed to provide a replacement signal.
  • a switching device is operatively connected to the controllable current source and the error correction detector, so that the switching device, depending on a switching signal, supplies the error signal input with either a signal derived from the current at the current output or the replacement signal with additional separation of the current output from the current source.
  • the switching device is coupled to the controllable current source and the error correction detector and is designed to supply either a signal derived from the current at the current output or the replacement signal to the error signal input.
  • the switching device is designed to de-energize the current output in the latter case.
  • the current source can thus be operated in a PWM or other intermittent mode in addition to the regulation by the control loop and the error correction detector.
  • the controllable current source has a current mirror with a switchable output branch. This is connected to the current output or forms it.
  • the output branch can comprise one or more output transistors, the control connections or gates of which are connected to a control connection of a current mirror transistor arranged on the input side.
  • the output transistor of the output branch is connected with its control connection to the switching device.
  • the switching device is designed to connect, depending on the switching signal of the output transistor, with a fixed potential for opening the output transistor, or to connect the control connection to the control connection of the current mirror transistor arranged on the input side. If the control connection is at the fixed potential, the output transistor opens or blocks, i.e. it no longer conducts electricity and the consumer and the output of the supply circuit are switched off.
  • the switching device is arranged in the output branch, and is designed to separate the current output or output transistors from the consumer.
  • the tap for the error signal input of the error correction detector is arranged between the switching device and the consumer.
  • controllable current source has an input branch.
  • a reference current signal can be fed to the input branch, so that the current source delivers an output current dependent thereon.
  • the input branch of the controllable current source furthermore comprises a node which is connected to the reference signal input of the error correction detector.
  • the reference current which is the Current source supplied to derive the output current will also serve as a reference signal for the error correction detector.
  • the controllable current source can also include a current mirror, the control signal connection being connected to the control connection of an output transistor of the current mirror.
  • the control connection of the output transistor of the current mirror is coupled to the current mirror transistor of the current mirror via a capacitor in positive feedback.
  • the capacitor is used for frequency compensation and thus improves the stability of the control.
  • Another aspect concerns the differential amplifier. This can comprise a differential amplifier, the two branches of which are connected to one another via a current mirror at a supply potential.
  • the two branches of the differential amplifier can each comprise an input transistor, which have different geometric parameters. Together with the current mirror, different fixed factors between the reference and error signals can be taken into account.
  • the replacement source comprises an element for voltage generation coupled to the output, so that the replacement signal essentially corresponds to the signal derived from the current signal.
  • the replacement signal can simulate the current flowing through the consumer in regular operation and thus keep the control loop in the modulation range.
  • the replacement source can have a series connection of a current-giving element and a voltage-generating element, the output being arranged between the two elements.
  • the replacement source can be a further aspect Have transistor whose control connection is connected to the control connection of the current mirror transistor of the current source.
  • the supply circuit can comprise a reference current mirror, which is designed to deliver a current defined on the input side to the error correction detector and to the current source.
  • Another aspect relates to the use of a supply circuit for a power supply to an m-LED.
  • This is operated by the supply circuit in an on / off mode.
  • the m-LED is operated by a signal that modulates the power supply pulse-width. This operation is not uncommon for optoelectronic components, since the supply circuit still generates a stable and precise output current during this pulse-width-modulated operation.
  • a supply current is recorded by the consumer. This can be done by detecting the current through the m-LED.
  • a signal can be derived from the current which has a known relationship to the current through the consumer.
  • the supply current or the signal derived therefrom is compared with a reference signal and a correction signal is generated from this comparison. With the aid of the correction signal, the supply current through the consumer may be regulated to a setpoint.
  • the consumer will be switched off at certain levels, ie disconnected from the supply current.
  • the supply current derived signal instead of the supply current derived signal generates an equivalent signal and used for the comparison step.
  • the replacement signal is compared with the reference signal and a correction signal is generated from this comparison.
  • the substitute signal can essentially correspond to a supply current through the consumer or a signal derived therefrom.
  • Another aspect is the implementation of a driver circuit with low power consumption, but which can still drive a large number of optoelectronic elements and in particular special m-LEDs.
  • a driver circuit for driving or controlling a plurality of optoelectronic elements.
  • the optoelectronic elements are designed as m-LEDs and arranged in an array with rows and columns.
  • Each m-LED can represent one pixel.
  • each pixel includes several, for example three, sub-pixels, each m-LED can form one of the sub-pixels.
  • the driver circuit comprises a plurality of first memory cells, each of the first memory cells being assigned to a respective one of the m-LEDs.
  • each memory cell includes two inputs, which are referred to as set input and reset input, and one output.
  • the first memory cells can be latches and can be configured as 1-bit memories.
  • Each first memory cell can have two different states at the output, a first state and a second state, the first state being a high state and the second state being a low state.
  • a set signal which is received by one of the first memory cells at the set input, triggers the first memory cell at the output into the first state.
  • the first memory cell maintains the first state until it is reset to the second state by a reset signal received at the reset input.
  • the output, in particular the output signal provided at the output, of each first memory cell is configured in such a way that it controls or drives a respective one of the m-LEDs. In particular, the output signal determines whether the m-LED is switched on and emits light or is switched off and does not emit light.
  • CMOS technology inter alia, would be particularly suitable for producing the driver circuit and also the first memory cells and their associated circuits.
  • the driver circuit according to the first aspect is a digital driver circuit and requires less power and less area than conventional driver circuits.
  • the driver circuit according to the first aspect provides better linearity.
  • Each first memory cell can provide a pulse width modulation signal, PWM signal, at its output.
  • each first memory cell comprises two cross-coupled NOR gates or two cross-coupled NAND gates.
  • Each of the NOR or NAND gates has two inputs and one output. The output of each of the NOR or NAND gates is coupled to one of the inputs of the other NOR or NAND gate. The other input of one of the NOR or NAND gates receives the set signal and the other input of the other of the NOR or NAND gates receives the reset signal.
  • each first memory cell comprises an N-type metal oxide semiconductor transistor, NMOS transistor, and a P-type metal oxide semiconductor transistor, PMOS transistor, which are connected in series, which means that the channels of the two transistors are connected in series.
  • an input of an inverter is connected between the NMOS transistor and the PMOS transistor, and an output of the inverter is connected to the gates of the NMOS and PMOS transistors.
  • the driver circuit may include a plurality of loadable counters, each configured to activate a set signal to turn on a current through the respective m-LED when data, such as a pulse width value, is loaded into the respective counter. The counter counts until the current value reaches the loaded data value. The counter then activates a reset signal to switch off the current through the respective m-LED.
  • the driver circuit can comprise N counters which generate PWM signals for N columns of pixels simultaneously per selected line.
  • the driver circuit may further comprise a single common counter configured to generate a common or global dimming signal for the plurality of m-LEDs.
  • the driver circuit can comprise a multiplicity of second memory cells.
  • Each second memory cell can be coupled to a respective one of the first memory cells and configured such that it overrides an output signal of the respective first memory cell, if necessary, so that the respective m-LED remains switched off.
  • the second memory cells prevent the respective first memory cells from switching on the respective m-LED if these optoelectronic elements represent dark pixels during a frame.
  • An optoelectronic device or an m-display comprises a plurality of m-LEDs and a driver circuit for driving the Variety of m-LEDs according to the first aspect, as described above.
  • the m-LEDs can be arranged in an array and can form a display or a section of a display.
  • Each of the m-LEDs can form a pixel of the array.
  • each m-LED can also form a sub-pixel.
  • a pixel can contain three optoelectronic elements or m-LEDs that emit red, green or blue light.
  • converter materials can also be provided so that at least two of the three m-LED emit light of the same color which is converted by the converter material.
  • the m-LED can be arranged via an integrated circuit, IC, which is located below the m-LED, among other things.
  • the circuit can be formed in another material system.
  • a method for operating an optoelectronic device or an m-display according to the second aspect is provided.
  • a global reset is carried out and the pixel stream is switched off, so that all optoelectronic elements are switched off.
  • dark pixel loading is done line by line.
  • the optoelectronic elements that are dark during the frame are controlled by means of the second memory cells.
  • a line-by-line content-dependent PWM for example grayscale PWM, is then carried out. The current through the optoelectronic elements is thus controlled by means of the first memory cells.
  • the pixel stream can remain turned off until common or global dimming begins.
  • the common dimming of the optoelectronic elements can be carried out before the current through the optoelectronic elements is controlled by means of the first memory cells.
  • the global dimming data can be combined with the grayscale data in the video / image signal processor IC or with the m-LED driver IC, so that no separate global dimming pulse is required and then only the grayscale data is updated line by line.
  • the optoelectronic device according to the second aspect and the method according to the third aspect may comprise the embodiments disclosed above in connection with the driver circuit according to the first aspect.
  • a new concept for the control of m-LEDs, which are intended as pixels, is based on an analog ramp for light control.
  • a pulse width modulation can be used which adjusts the on / off behavior of each pixel.
  • the principle seems to be similar to conventional pulse width modulation schemes, the implementation is different and takes into account the small space available.
  • a control circuit for a matrix display comprises a row selection input for a row selection signal, a column data input for a data signal, a ramp signal input for a ramp signal and a trigger input for a trigger signal.
  • a ramp signal is a signal that varies over time from a first value to a second value.
  • a ramp signal is usually periodic.
  • the circuit includes a column data buffer configured to buffer the data signal in response to the row select signal.
  • the level of the column data signal may correspond to the brightness of the light emitting device.
  • a pulse generator is coupled to the column data buffer and the ramp signal input and configured to deliver a buffered output signal to, in response to the trigger signal, the data signal and the ramp signal to control the on / off ratio of at least one of the plurality of light emitting devices.
  • the proposed principle implements an analog pulse generator that only takes up a small amount of space. Since the ramp signal can be multiplexed in space and time, artifacts caused by activation of different pixels can be suppressed. Furthermore, temporal multiplexing leads to different switching behavior of the pixels when the ramp signal is used. This means that the m-LED belonging to the pixels is switched at different times, which causes a more even power distribution and prevents current peaks.
  • the pulse generator has a comparator device in order to compare the buffered data signal with the ramp signal. The result is delivered to an output buffer, which is coupled to an output of the comparator and the trigger input.
  • the column data buffer can act as an input buffer. Together with the output buffer of the pulse generator, double buffering is implemented, which makes it possible to implement the circuit in displays which use a longer duty cycle, and thus reduce update rates and the like. Generally, this concept will further reduce power consumption, which is preferred in more reality applications.
  • the output buffer can have a single memory stage, such as a flip-flop.
  • the buffer can contain an RS flip-flop, the inputs of which are coupled to the output of the comparator device and accordingly to the trigger input.
  • the column data buffer comprises a capacitor for storing the data signal and a switch arranged between the capacitor and the column data.
  • the capacitor can have a small capacitance, as the input buffer can only apply a voltage signal in the order of a few volts and the comparator device has a very high input impedance.
  • the comparator can be implemented using a differential amplifier. For example, an inverting input of the comparator can be coupled to the data column buffer and its non-inverting input can be coupled to the ramp signal input.
  • the m-LED coupled to the control circuit can only be active for a short period of time. In some variants, the m-LED can only be active for about 50% of a normal cycle. In such cases it is useful to be able to de-activate unnecessary parts of the control circuit.
  • the comparator device can have a power control input coupled to the trigger input based on the adaptation of its power consumption.
  • the comparator device can be coupled to the output buffer in order to control its power consumption based on an output state of the output buffer.
  • the output buffer may be configured to maintain its initial state regardless of its input coupled to the comparator device until it is reset or triggered by the trigger signal.
  • the control circuit includes a ramp generator to deliver the ramp signal to the ramp signal input, the ramp generator configured to transmit a varying signal in response to a trigger signal to generate a start value and an end value.
  • the ramp generator can be implemented as a global ramp generator that sends a common ramp signal to various other control circuits. Alternatively, some ramp generators can be made available, with each individual ramp generator driving a plurality of lines and their respective pixels. Such an implementation makes it possible to temporarily multiplex the ramp signals and thereby reduce the artifacts. Furthermore, a ramp signal supplied by a ramp generator can also be multiplexed before it is applied to the ramp signal input.
  • Another aspect relates to a method of controlling the lighting of a light emitting device in a matrix display having a plurality of light emitting devices arranged in addressable rows and columns.
  • the method comprises providing a trigger signal and a data signal for a selected row and at least one light emitting device.
  • a level of the data signal is then converted to a pulse with respect to the trigger signal. More specifically, in some variants, the level of the data signal is converted to a pulse width with respect to a trigger signal.
  • the pulse is used to control the on / off ratio of the light emitting device with a pulse.
  • converting a level of the data signal includes generating a ramp signal between a first value and a second value.
  • the data signal is compared to the ramp signal to produce a status signal.
  • the status signal can be a digital signal.
  • the pulse signal is then based on the trigger signal and a change in the status signal.
  • the pulse signal is set as a response to the change in the status signal between a LOW and a HIGH value or is reset from HIGH to LOW.
  • this principle of setting the value and resetting the value can be replaced.
  • the ramp signal can be generated or initiated in response to the trigger signal.
  • both signals can be derived from a common signal.
  • Delivering a data signal can also include pre-buffering of the data signal in some variants.
  • the data signal could be pre-buffered in a storage device such as a capacitor or the like.
  • Another aspect deals with the correction of errors in m-LEDs of an m-display or an m-display module that occur during their production, using redundant m-LED branches with selection protection.
  • redundant m-LEDs are created in the manufacture
  • an m-LED may fail during production.
  • the reason for this is, for example, incorrect assembly or, in the case of monolithic display modules, an error in one of the layers.
  • an error in one of the layers In the case of such an error, essentially two variants occur. On the one hand, this is an open contact, which is referred to as "open”, or a short circuit between the anode and cathode, this is referred to as "short". Both lead to failure of the cell's LED.
  • Redundant m-LEDs are provided for each sub-pixel to determine the probability of failure of a sub-pixel or a pixel.
  • appropriate circuitry measures ensure that the cell does not fail, that is to say the defective light-emitting diode can be decoupled from the power source.
  • due to the process technology in m-displays or modules it is often only possible to implement one common method for all light-emitting diodes.
  • NMOS transistors N-type metal oxide semiconductor transistors
  • 2TlC 2 transistors, 1 capacitor
  • PMOS transistors can be used, which increases flexibility. The space consumption does not increase significantly, so that the solutions are particularly suitable for m-displays with a small space per pixel or sub-pixel.
  • a device for electronically controlling a plurality of m-LEDs of a pixel cell or a sub-pixel, in particular as a 2T1C cell, is created.
  • a current flow which triggers the fuse connected in series with this m-LED is generated by means of a first transistor and an electronic impressing component assigned to the m-LED.
  • a device for the electronic control of a plurality of m-LEDs of a pixel cell or a subpixel accordingly comprises a first and at least one second branch each an m-LED connected therein and an electronic fuse arranged in series with the m-LED.
  • the first and at least one second branch are connected on one side to a potential connection.
  • a driver circuit with a data signal input, a selection signal input and a driver output is also provided. The driver output is connected to that on the side of the first and at least one second branch.
  • the device comprises an impressing component which is assigned to the at least one second branch and is designed to generate a current flow which triggers the electronic fuse arranged in series.
  • a characteristic feature is therefore the introduction of an additional impressing signal line in combination with an additional electronic impressing component, which can be designed in particular as a transistor or as a diode.
  • an additional electronic impressing component which can be designed in particular as a transistor or as a diode. This ensures that after an end-of-line (EOL) test, only one light-emitting diode per color and pixel is active, and also in the case of an error-free pixel. In other words, the still functioning m-LED is selected in the event of an error. However, if there is no error, ie both m-LEDs of a branch are working, one of the two is still switched off permanently.
  • a test of a function of the m-LED in each case of the first branch and the second branch is thus carried out first. If both m-LEDs of the first and second branches work, an impressing signal is applied to the electronic impressing component. Subsequently, a current flow which triggers the fuse which is connected in series with the m-LED of the second branch is impressed into the second branch.
  • the fuse is usually designed as a fuse.
  • the embossing component can have an embossing transistor which, with its current line contacts, is electrically connected in parallel with the m-LED to which the embossing component is assigned and whose control contact is connected to an embossing signal line.
  • the embossing component can also be formed with an embossing diode, which is connected with a connection to the second connection of the m-LED to which the embossing component is assigned. The other connection of the embossing diode is connected to the embossing signal line.
  • the proposed arrangement makes it possible to design the m-LED as a so-called common anode or common cathode. That is, depending on the design, the m-LED of each branch is either switched between supply potential and current source or between the current source and reference potential connection. In one case, the m-LED is connected to the supply potential connection and the electronic fuse. Otherwise, the m-LED is connected between the fuse and the reference potential connection. The power source is always connected to the electronic fuse of the respective branch.
  • the charge storage of the 2T1C cell is connected to the gate of the current source transistor and the fixed potential, i.e. with the potential connection to which the current source transistor is also connected.
  • an m-display or m-display module with a plurality of the devices described above in which pixel cells of the m-display are each electrically connected along a row and / or along a column to a common embossing signal line .
  • Each pixel cell of a column is electrically connected to the supply potential connection by means of a common supply line to a switching transistor arranged on a common carrier outside the m-display.
  • Small-scale display arrangements with a high resolution are particularly desirable for AR systems, such as head-up displays or glasses with a light field display that projects a raster image directly onto the retina.
  • Micro-OLEDs have been proposed for m-displays with active pixel-sized light sources.
  • the disadvantage is their insufficient luminance and a limited service life.
  • a monolithic pixelated optochip is understood to mean a matrix-like arrangement of light-emitting, optoelectronic light sources which are produced on a coherent chip substrate by a common manufacturing process.
  • Some of the structures presented here can be produced in a matrix. These include, for example, the antenna structure, vertical or horizontal m-Rods, the paired bar-shaped configuration with converter material between the m-LEDs or the m-LEDs along special crystal directions to name a few non-limiting examples. These light sources are designed as m-LEDs.
  • the IC substrate component has monolithically integrated circuits, which in turn result from a common manufacturing process. Furthermore lie on one of the monolithic pixelated optochip facing the top of the IC substrate component as a matrix arranged IC substrate contacts.
  • the monolithic pixelated optochip comprises a semiconductor layer sequence with a first semiconductor layer having a first doping and a second semiconductor layer having a second doping, the polarity of the charge carriers in the first semiconductor layer differing from that of the second semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer preferably extend in the lateral direction over the entire monolithic pixelated optochip.
  • the first semiconductor layer may have p-type doping and the second semiconductor layer may have n-type doping.
  • Reverse doping is also possible, as is the use of several sub-layers of the same doping for at least one of the semiconductor layers, which differ in the doping strength and / or with respect to the semiconductor material.
  • the semiconductor layer can form a double heterostructure.
  • the active zone is in a doped or undoped active layer which is applied between the first and the second semiconductor layer and having, for example, one or more quantum well STRUCTURES S.
  • the individual light-emitting, optoelectronic light sources of the pixelated optochip each represent m-LEDs which are arranged as a matrix, each m-LED having an m-LED rear side facing the IC substrate component and a first light source contact which is on abuts the first semiconductor layer in a contacting manner and is electrically conductively connected to one of the IC substrate contacts.
  • each m-LED in the pixelated optochip is designed in such a way that it comprises an area of one of the above-mentioned active layers.
  • the active layer or another of the layers mentioned above can be interrupted between adjacent m-LEDs, so that crosstalk is avoided.
  • the inventors have recognized that a production-technically simple display arrangement with a high packing density can be realized if the projection area of the first light source contact on the m-LED rear side corresponds at most to half the area of the m-LED rear side and the first light source contact in the lateral direction is surrounded by a rear absorber.
  • the lateral direction is understood to mean a direction perpendicular to a stack direction determined by averaging the surface normals of the semiconductor layer sequence.
  • a small-area first light source contact which is significantly smaller than the pixel area of the assigned m-LED, results in a lateral narrowing of the current path in the semiconductor layer stack.
  • the lateral extent of an active zone is therefore limited to [pm] dimensions, so that individually controllable m-LEDs are delimited from one another due to the localized recombination zone within the semiconductor layer stack.
  • the pixel size of each m-LED which in the present case is defined as the maximum area diagonal of the m-LED rear, is expediently chosen to be ⁇ 70 pm and preferably ⁇ 20 pm and particularly preferably ⁇ 7 pm.
  • the preferred first light source contact is again significantly smaller, with the projection area of the first light source contact on the m-LED rear occupying at most 25% and preferably at most 10% of the area of the m-LED rear for advantageous designs.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer with a p- or n-conductivity are preferably less than 10 4 Sm _1 , preferably less than 3 * 10 3 Sm _1 , more preferably less than 10 3 SITU 1 designed so that the lateral expansion of the current path is limited.
  • the layer thickness of the first semiconductor layer in the stacking direction is at most ten times and preferably at most five times the maximum diagonal of the first light source contact in the lateral direction.
  • a first light source contact on the monolithic pixelated optochip does not directly adjoin the assigned IC substrate contact. Instead, based on the stacking direction below the first light source contact, the actual optochip contact element, whose cross-sectional area is larger than that of the first light source contact. This measure simplifies the positioning of the monolithic pixelated optochip on the IC substrate component and the mutual contacting, without the lateral limitation of the current path being impaired.
  • the area around the small, first light source contact is used to arrange a rear absorber, which reduces the optical crosstalk between adjacent m-LEDs.
  • a rear absorber which reduces the optical crosstalk between adjacent m-LEDs.
  • the downward-directed electromagnetic radiation emanating from the active zone is absorbed, provided that a critical angle to the stack direction is exceeded.
  • Preferred materials for the rear absorber are structured layers with silicon, germanium and gallium arsenide. It is also possible to install graphene or soot particles in the rear absorber.
  • the rear absorber surrounds the first light source contact laterally and extends laterally from it, with rear-side absorbers of adjacent m-LEDs adjoining one another and preferably being made in one piece. For one version, the rear absorber extends at least least up to the first semiconductor layer.
  • a section of the rear absorber runs within the correspondingly structured first semiconductor layer and shields the boundary region between adjacent m-LEDs.
  • reflective radiation blockers such as structured elements made of reflector materials, such as aluminum, gold or silver, or of dielectric materials, the refractive index of which is smaller than that of the first semiconductor layer, can be used.
  • the rear absorber not only fulfills an optical function, but also serves as an electrical insulator for the lateral limitation of the current path.
  • the display arrangement has a second light source contact in the stacking direction above the second semiconductor layer for each m-LED, which consists of a transparent material such as indium tin oxide (ITO) and is electrically conductive with a transparent, extensively extended contact layer on the front of the pixelated optochip connected is.
  • the second light source contact is formed by the large-area contact layer itself, so that the entirety of the second light source contacts of the m-LEDs arranged in matrix form can be applied as a common surface contact.
  • the second light source contact adjoins the contact layer in each case, second light source contacts of adjacent m-LEDs being separated from one another by a front absorber in a lateral direction pointing perpendicular to the stack direction.
  • the front absorber can consist of a material that absorbs the electromagnetic radiation emitted by the active zone or a material that reflects this radiation. Additionally or alternatively, the front absorber can act as an electrical insulator and for the lateral limitation of the Current paths contribute to the localization of the recombination zone on an area with a [pm] dimension.
  • the front-side absorber extends at least in a part of the second semiconductor layer counter to the stacking direction. Furthermore, the lower and / or the upper sides of the second light source contact and / or that of the contact layer and / or the upper side of the second semiconductor layer can have an optically effective structuring for improving the coupling out of light.
  • an IC substrate component with monolithically integrated circuits and with IC substrate contacts arranged as a matrix is electrically conductively connected to a monolithic pixelated optochip.
  • a semiconductor layer sequence with a first semiconductor layer having a first doping and a second semiconductor layer having a second doping is preferably grown epitaxially, the polarity of the charge carriers in the first semiconductor layer being different from that of the second semiconductor layer and the semiconductor layer sequence defines a stacking direction.
  • m-LEDs arranged as a matrix are created in the pixelated optochip, each m-LED having a rear side facing the IC substrate component and a first light source contact which adjoins the first semiconductor layer and contacts one of the IC Substrate contacts is electrically connected.
  • the first light source contact is formed with a size such that its projection surface with a surface normal perpendicular to the stacking direction occupies at most half the surface of the rear of the m-LED.
  • the first light source contact is surrounded by a rear absorber in a lateral direction pointing perpendicular to the stacking direction.
  • another aspect is to connect the carrier with the m-LEDs or the monolithic array with a carrier that includes the control.
  • a carrier that includes the control.
  • the material systems for m-LEDs have disadvantages, so that they are only of limited suitability for IC circuits.
  • Another aspect is to produce different material systems for the production of the control circuits on the one hand and the m-LEDs in a matrix arrangement on the other hand.
  • Supply lines through the material systems and the transition connect the components.
  • this approach there is a difficulty in selecting and setting the different process parameters in such a way that it is possible to manufacture one “side” without damaging the other “side”.
  • the process temperature e.g. for diffusion or implantation processes
  • it is proposed to control in a technology For example, to manufacture on a silicon basis and then to grow different material systems as m-rods or the like.
  • control and pixel array be manufactured separately and then electrically and mechanically connect to. In this way, the needs and requirements of the respective situation can be adapted and production can be optimized. Because of the small size of the m-LEDs, precise orientation is essential for contacting. The above example already shows this problem and suggests a solution. On the other hand, the use of digital control technologies allows the number of necessary contact pads between the carriers to be reduced without reducing the functionality. For the production of m-displays or also display devices and matrices, new types of digital and analog concepts will be developed and implemented together.
  • an m-LED display relates to the control of the light emission elements or m-LEDs in an m-display.
  • the m display thus has a large number of m LEDs, which are arranged in rows and columns.
  • the m-LEDs can be combined into subunits. This makes them easier to manufacture, test and process.
  • an m display which has a multiplicity of pixel structures arranged in rows and columns.
  • a first substrate structure is produced in a first material system and has a multiplicity of m-LEDs, the edge length of which is 70pm or less, in particular less than 20pm.
  • the m-LEDs can be individually addressed by lines in and / on the first substrate structure.
  • On a surface facing away from the main emission direction, that of the first A large number of contacts are arranged in the substrate structure.
  • the m-display has a second substrate structure, which comprises a large number of digital circuits for addressing the m-LEDs.
  • the second substrate structure is manufactured in a different material system than the first substrate structure.
  • the second substrate structure comprises a plurality of contacts on one surface, which correspond to the contacts of the first substrate structure.
  • the first and second substrate structures are now connected to one another both mechanically and electrically, so that the contact regions correspond to one another.
  • the first substrate structure can be constructed with m-LEDs as a monolithic module.
  • the modular design disclosed here can be used. This would make the first substrate structure itself a carrier for the modules made of the various m-LEDs.
  • the first substrate structure comprises the analog circuits, for example a current source for each pixel.
  • the redundancy circuits and driver circuits provided here are also conceivable. Execution of these circuits in thin film technology is possible provided the requirements for current carrying capacity do not become too high. If possible, it may appear expedient in some aspects to provide multiplexers or other circuits in the first substrate structure.
  • the number of contact areas between the first and second substrate structure can thereby be reduced. Simple switches, Selecting one of two m LEDs each reduces the number of contact areas required by about half.
  • contacts can possibly be summarized, for example when using a common cathode layer for the m-LEDs
  • the m-LEDs have an edge length of 20mpi or less, for particularly small m-displays the edge length can be 2 gm to 5 gm.
  • the contacts can have the same size as the m-LEDs, but can also be smaller than these.
  • the second substrate structure is based, among other things, on single-crystal, polycrystalline or amorphous silicon. Implementing digital circuits in these material systems is well understood and can also be scaled to small sizes.
  • Indium-gallium-zinc oxide, GaN or GaAs are also suitable as a material system for the second substrate structure.
  • At least one of the following compounds can be used as the material system for the first substrate structure: GaN, GaP, GalnP, InAlP, GaAlP, GaAllnP, GaAs or AlGaAs.
  • one aspect can be the different thermal expansions and crystallographic parameters.
  • the two substrate structures are often not directly connected to one another, but rather via several intermediate layers.
  • the second substrate structure with the digital circuits can also contain a large number of digital circuits for generating a PWM-like signal from a clock signal and a data word for each pixel. hold.
  • shift registers connected in series, the length of which corresponds to the data word for one pixel, each shift register being connected to a buffer for intermediate storage.
  • the second substrate structure can comprise one or more multiplexers which are electrically coupled to a demultiplexer in the first substrate structure for controlling a plurality of m-LEDs.
  • an m-display should have a carrier on which the m-LEDs of the m-LED array are arranged.
  • the carrier can comprise transparent material, for example in order not to impair the transparency of a transparent component which is equipped with the m-LED or the m-LED array.
  • the carrier can be part of a display or can also be integrated, for example, in a component of a vehicle.
  • a carrier surface can also form a surface of a component.
  • a component of a vehicle itself can be designed as a carrier for the m-LEDs or for the m-LED array.
  • the carrier can have any shape, for example be designed with a flat or curved carrier surface.
  • the shape of the carrier can be determined in advance by the manufacturing process.
  • a carrier can be produced by a deep-drawing process in which the shape is predefined by a tool.
  • the carrier can be flexible or flexible.
  • the carrier can furthermore also comprise a membrane, in particular a membrane capable of vibrating, for example for generating acoustic effects. This allows the m-LED array in integrates the surface of a component, even if this surface is not flat.
  • two non-monolithic m-LED arrays of an m display can be arranged one above the other or one behind the other.
  • the upper or front m-LED array can have a transparent support, so that light from the lower or rear m-LED array can shine through the transparent support.
  • the m-displays can create a three-dimensional visual effect (3D effect).
  • One aspect in this respect relates to the implementation with Sen sensors in a m-LED array or in a m-display, to readiness Se ttings further functionality.
  • the sensor or sensors are arranged, for example, on the support of the m-display or m-LED array in a space between the m-LEDs.
  • This disclosure shows several examples of such an implementation.
  • the sensors can be supplied with electrical energy via conductor tracks and electrical contacts arranged on the carrier.
  • the information or data detected by the sensors can be transmitted to a receiver, for example wirelessly or via data lines arranged on the carrier.
  • Brightness sensors which are arranged on the m-displays, can be used to automatically control or regulate, for example, the brightness or the switching on and off of the m-LEDs of the m-LED array depending on the ambient light or an ambient brightness.
  • Proximity sensors which are arranged on the m display, can be used, for example, to approach a person or a person's hand to the m-LED array or to the m-LED array.
  • Device containing array are detected and the m-LED array or said device containing the m-LED array are automatically switched on or automatically switched off again when the person or the hand of the person moves away again.
  • a display device that is equipped with the m-LED array can be activated or deactivated automatically, or control elements that are equipped with at least one m-LED array that has a proximity sensor can be automatically illuminated and activated or deactivated.
  • the sensors allow eye tracking, for example by measuring the reflection of the back of the eye or a light beam that is reflected by parts of the eye. Focusing is possible through eye tracking, i.e. on the one hand, optics can place information displayed by the m-displays on the central visual area of the eye. On the other hand, the distance between the display and the eye can be measured and the image sharpness adjusted accordingly.
  • a display device or operating elements for example, which have the aforementioned m-LED array, can be operated or controlled by a user by touching in the manner of a touchscreen.
  • the distance of an object or a person to the aforementioned m-LED array or to a device which has the aforementioned m-LED array can be detected, for example and monitored, for example, to display information or warnings as a function of a detected distance.
  • the m-LED array can also use any combination of one or more proximity sensors, brightness sensors and touch sensors and distance sensors are equipped to enable a desired function or application depending on the customer's requirements.
  • One aspect relates to a surface topography detection system with an optoelectronic component which comprises at least one m-LED which emits electromagnetic radiation via a light exit surface.
  • a photonic structure for shaping the electromagnetic radiation is provided before it emerges via the light exit surface, the photonic structure shaping the electromagnetic radiation in such a way that the electromagnetic radiation has a certain far field.
  • the photonic structure is a two-dimensional photonic structure, in particular a two-dimensional photonic crystal, which is designed in such a way that the electromagnetic radiation generates a defined, in particular a discrete, pattern in the far field.
  • the surface topography recognition system now also has a detection unit, in particular with a camera, which is designed to detect the pattern in the far field.
  • the surface topography recognition system can comprise an analysis device, which is designed to determine a distortion of the pattern with respect to a predetermined reference pattern.
  • the analysis device can be designed to determine a shape and / or a structure of an object illuminated by the pattern depending on the determined distortion.
  • Another application also relates to a scanner for scanning an object, the scanner having at least one optoelectronic component with an m-LED and a photonic structure determining the far field, which can preferably be used for the line-by-line detection of the object.
  • the m-LED array or a plurality thereof may be formed as part of a rear lamp of a motor vehicle.
  • the rear light can have at least one arrangement of light-emitting m-LEDs, which form a pixel density of at least 50 PPI and have a pixel spacing of at most 0.5 mm.
  • the rear light can be designed as a combined tail light and brake light and have a tail light area and a brake light area.
  • the brake light area and the tail light area can each have at least one arrangement of m-LEDs, the pixel density of the arrangement of m-LEDs in the brake light area being higher than the pixel density of the arrangement of light-emitting light-emitting diodes in the tail light area.
  • the device can be designed as a raised brake light of a motor vehicle.
  • the raised brake light can be embedded in a rear window pane of a motor vehicle or can also be arranged in the roof area of the body series of a motor vehicle. It can be transparent.
  • the pixel density of such a brake light with an arrangement of m LEDs can be at least 10 PPI and the pixel spacing can be at most 2.5 mm.
  • the device can comprise an m-display which is arranged on the outside of a motor vehicle. This allows information to be transmitted to people outside the vehicle, thus increasing safety for all road users.
  • the pixel density of the arrangement of light emitting diodes of the Displays are at least 100 PPI and the pixel spacing is at most 0.25 mm and are also integrated into the vehicle body.
  • the shape of the display can be adapted to a contour of the vehicle body.
  • a control device for the display can be provided which enables the display operation to be controlled by a user or a computer program.
  • at least one sensor or detector can be provided such that the display of the display is controlled by the control device as a function of measurement signals from the at least one sensor or detector.
  • the control device for the display can include a communication interface, so that information or control signals can be transmitted to the display. Likewise, for example, status or operating parameters can be passed on from the display to external devices via the communication interface.
  • the control device can be designed to receive information outside the motor vehicle.
  • the control device has a recording device or can receive information and data from such a device.
  • the receiving device can be designed as a unit for recognizing the surroundings of the vehicle.
  • the receiving device can be designed to detect movable and / or non-movable obstacles.
  • the recording device can be designed to recognize persons, roadways, traffic signs or other road users.
  • the recording device can comprise a radiation emitter with a radiation receiver.
  • the recording device can comprise a camera and thus record visible or invisible light.
  • the camera system or the recording device can be arranged outside and / or inside the vehicle. According to one aspect, the camera system arranged outside can be directed both outwards and inwards.
  • Facing the outside means that the camera system can record light (electromagnetic radiation in the visible or invisible range) that shines into the camera system from outside the vehicle.
  • Inward facing can mean that the camera system receives light that is emitted from within the vehicle.
  • the camera system can also be arranged inside. The camera system thus arranged can be directed both outwards and inwards.
  • Facing the outside means that the camera system can absorb light (electromagnetic radiation in the visible or invisible range) that shines into the camera system from outside the vehicle.
  • Inward facing can mean that the camera system receives light that is emitted from within the vehicle.
  • the recording device in particular the camera system, can image the function of mirrors on the vehicle.
  • the mirrors can be exterior mirrors and / or rear-view mirrors of the vehicle.
  • the camera system can be arranged inside and / or outside the vehicle for this purpose.
  • the recording device can be set up to record the entire environment of the vehicle or only a predefined partial area of the environment of the vehicle.
  • the receiving device can be directed to receiving a front area and / or a rear area of the vehicle.
  • the receiving device can be aimed at covering an area of the vehicle that is not visible to the vehicle driver.
  • an invisible area for the vehicle driver can be arranged from the driver's perspective behind the A, B, C or D pillars of the vehicle.
  • a front area in the sense of the present disclosure lies in the area of the vehicle that lies ahead of the typical main driving direction.
  • the front area of the vehicle lies essentially in the area that appears to the driver when he looks through the windshield of the vehicle.
  • a rear area in the sense of the present disclosure is in the area of the vehicle that lies behind the typical main direction of travel.
  • the rear area of the vehicle lies essentially in the area that appears to the driver when he looks through the rear window of the vehicle.
  • the receiving device can comprise a touch-sensitive panel.
  • the touch-sensitive panel can preferably be arranged inside the vehicle.
  • the touch-sensitive panel can also be arranged outside the vehicle.
  • the receiving device can be integrated and / or combined with an output device.
  • the receiving device and an output device can be integrated and / or combined on a panel.
  • the control device is set up for the transmission and processing of signals or information.
  • the control device receives signals or information from the recording device, processes it and forwards the processed signals or information to an output device.
  • the signals or information can include, for example, general information about the vehicle status.
  • the signals or information can include, for example, information from the vehicle environment, from the vehicle interior, information about the driver or persons inside the vehicle, people outside the vehicle or information about possible obstacles or information from the vehicle environment.
  • the control device comprises one or more computing units.
  • the computing units can be set up in such a way that they collect, evaluate and process the received signals from the recording device.
  • the control device can be part of an on-board computer of the vehicle.
  • the on-board computer can be set up to process information of the vehicle that is read in / fed in outside the recording device.
  • the control device or at least a part thereof is arranged outside the vehicle.
  • part of the control device can be set up in a cloud.
  • the part of the control device remaining in the vehicle can be connected to the cloud for this purpose by a wireless connection.
  • the cloud can be set up to evaluate and process the information and then send it back to the vehicle, in particular to an output device inside or outside the vehicle in question.
  • the control device can be arranged in or on the receiving device.
  • parts of the control device can be arranged in or on the receiving device and / or in or on the output device and / or inside and / or outside of the vehicle.
  • the output device is set up to output information in a predetermined manner.
  • the output device can comprise one or more display units (hereinafter referred to as screen, display and / or display or display unit and / or display panel).
  • the display unit can have different, predefined properties.
  • the display unit can have a predefined size, shape, resolution (pixel density or pixel spacing) and / or contrast ratio (also called “dynamic ratio” or “dynamic ranks”).
  • the display unit can be arranged directly or indirectly on components. This means that the display unit can include components, in particular vehicle components.
  • the display unit can be formed as part of this component.
  • the display unit can form a component, in particular a vehicle component.
  • the properties reference is made to the explanations in the present disclosure relating to the various applications in the table.
  • the display unit can comprise one or more displays (also called a screen, display or scoreboard).
  • the displays can have different, predetermined properties.
  • the properties of the displays can include size, shape, resolution and / or contrast ratio.
  • the displays can be arranged directly / indirectly on components. That is, that the displays can include components, in particular vehicle components, and can thereby form part of these components.
  • the display unit can be designed, for example, as a headlining, center console, display in a column, as a column itself and / or as a status display of a vehicle.
  • the display device comprises a carrier with a front side and a rear side.
  • the carrier is preferably coherent and / or in one piece.
  • the carrier can comprise or consist of glass or plastic or metal.
  • the carrier self-supporting.
  • the carrier is preferably stiff, that is to say not bendable, or only insignificantly.
  • the front and back are opposite sides of the wearer.
  • An average thickness of the carrier, measured from the front to the rear, is, for example, at least 1 mm or at least 5 mm or at least 10 mm.
  • An area of the front is, for example, at least 1 cm2 or at least 10 cm2 or at least 100 cm2 or at least 500 cm2.
  • the area of the front can be a maximum of 5 m2 or a maximum of 1 m2 or a maximum of 3000 cm2.
  • the display device includes a self-supporting display segment that is applied to the front of the carrier.
  • the display segment is preferably attached to the carrier.
  • the display segment is glued or clipped onto the front of the carrier.
  • the display segment in particular, is not produced on the carrier. Rather, the display segment is a component manufactured separately from the carrier and is only applied to the carrier after the carrier and the display segment have been completed.
  • the term “self-supporting” means that an element is mechanically stable even without being supported by the carrier or by any other carrier that is not part of the element.
  • the element therefore supports and stabilizes itself the materials of the element and / or the thickness to expansion ratio can be selected accordingly, for example the self-supporting element can be gripped by means of a gripping tool at a corner or an edge of the element and can be transported using the gripping tool alone without any further stabilizing component the element does not break or destroy, but it may bend or bend, for example, a self-supporting element transported vertically to avoid a very strong curvature during transport.
  • the display segment comprises a substrate with an electrically conductive connection layer and an electrically insulating layer, and at least one optoelectronic component.
  • the substrate is preferably the stabilizing component of the display segment.
  • the substrate has a top and a bottom.
  • a maximum lateral extent of the substrate, measured along the top, is, for example, at least 1 cm or at least 5 cm or at least 10 cm. Alternatively or additionally, the maximum lateral extension of the substrate can be at most 50 cm or at most 30 cm or at most 15 cm.
  • An average thickness of the substrate, measured between the top and the bottom, is, for example, at least 30 pm or at least 100 pm or at least 500 pm or at least 1 mm.
  • the electrically conductive connection layer comprises, for example, a dielectric layer, for example made of SiO 2, in which metal structures, for example made of Al, Au, Cu or Mo, are embedded.
  • the connection layer comprises, for example, a switching structure, for example with a thin-layer circuit.
  • the connection layer may comprise one or more thin film transistors.
  • the connection layer can be produced or produced by means of a TFT production process.
  • the connecting layer has, for example, a thickness between 50 nm and 1 pm inclusive.
  • the electrically insulating layer comprises or consists, for example, of an organic material, for example a polyimide or polyester or polyurethane or glass.
  • the electrically insulating layer can be formed in one piece be.
  • the electrically insulating layer can be a film.
  • the connection layer can be produced on the electrically insulating layer, for example in a TFT process.
  • the thickness of the electrically insulating layer is, for example, at least 10 pm or at least 50 pm or at least 100 pm.
  • the electrically insulating layer forms a component stabilizing the display segment.
  • the electrically insulating layer preferably extends over the entire lateral extent of the display segment. A side of the electrically insulating layer facing the connection layer can be completely covered by the connection layer.
  • the optoelectronic component is set up in particular for the emission or absorption of electromagnetic radiation, preferably of visible light.
  • the optoelectronic component comprises a p-LED.
  • the semiconductor chip is based, for example, on a nitride compound semiconductor material.
  • the optoelectronic component is arranged and fastened on the upper side of the substrate.
  • a maximum lateral extent of the optoelectronic component is less, for example by a factor of at least 10 or at least 100, than the maximum lateral extent of the substrate.
  • the optoelectronic component is arranged on the connection layer and is electrically conductively connected to the connection layer.
  • the optoelectronic component can be energized and controlled via the connection layer.
  • the electrically insulating layer is arranged on a side of the connection layer facing away from the optoelectronic component and between the carrier and the connection layer.
  • the electrically insulating layer forms, for example, the underside of the substrate.
  • the side facing away from the connection layer forms the electrically insulating layer in the unassembled state an outside of the display segment.
  • the electrically insulating layer can be in direct contact with the front of the carrier.
  • the electrically insulating layer is simply coherent. This means that the electrically insulating layer is free of holes or plated-through holes which extend through the electrically insulating layer within the scope of the manufacturing tolerance.
  • the electrically insulating layer preferably extends continuously and without interruptions over the entire lateral extent of the display segment. A side of the electrically insulating layer facing away from the connection layer is preferably free of electrical lines. In particular, there are no electrical lines between the carrier and the electrically insulating layer.
  • the carrier includes at least one opening that extends from the front to the rear.
  • the opening is a hole in the carrier that passes completely through the carrier. When viewed from the front, the opening is completely surrounded by a coherent path from the carrier.
  • the display segment is arranged for example on the front side that it does not cover the opening or only partially or completely.
  • the display segment is electrically contactable from the back of the carrier via an electrical line that extends through the opening. That is, an electrical line extends through the opening, which extends from the front to the rear and which is electrically connected to the display segment. In the intended operation of the display device flows Current from the rear through the opening to the opto-electronic component.
  • the electrical line is in particular electrically connected to the connection layer of the display segment.
  • the display device comprises a carrier with a front and a rear and a self-supporting display segment which is applied to the front of the carrier.
  • the display segment comprises a substrate with an electrically conductive connection layer and an electrically insulating layer and at least one optoelectronic component.
  • the optoelectronic component is arranged on the connection layer and electrically conductively connected to the connection layer.
  • the electrically insulating layer is arranged on a side of the connection layer facing away from the optoelectronic component and between the carrier and the connection layer.
  • the electrically insulating layer is formed in a cohesive manner.
  • the carrier includes an opening that extends from the front to the back.
  • the display segment can be electrically contacted from the rear of the carrier via an electrical line that extends through the opening.
  • the present concept is based, inter alia, on the idea of providing a display device in which the display segment itself does not have any plated-through holes which extend through the substrate of the display segment.
  • the substrate of the display segment has conductor structures only on one side, namely only in the area of the connection layer.
  • Such display segments can be produced inexpensively and can be designed to be flexible or bendable in particular. This is advantageous if the carrier has a curved front or a free form, as is desired, for example, in some display applications.
  • Such display segments without plated-through holes must be electrically contacted on the carrier, in particular from the rear of the carrier. In the present invention, this is achieved in that the carrier has an opening through which an electrical line extends, by means of which the display segment can be electrically contacted.
  • the display segment in particular the substrate of the display segment, is flexible or bendable. This preferably means a reversible flexibility.
  • the display segment can be between a state with a substantially flat upper side of the substrate and a state with a curved upper side of the substrate, in which case a radius of curvature of the upper side is, for example, less than 1 m or less than 10 cm or less than 1 cm, be reversibly bent back and forth.
  • the front of the carrier has a concave and / or convex curvature where the display segment is applied. For example, a radius of curvature of the front side in this area is less than 5 m or less than 1 m or less than 50 cm.
  • the electrical line is formed by a tab of the substrate, the tab being inserted through the opening.
  • the tab is preferably a part of the substrate that is reversibly bendable with respect to the rest of the substrate.
  • a radius of curvature in the area between the tab and the rest of the substrate can be set, for example, to a value of less than 5 cm or less than 1 cm or less than 1 mm or less than 0.1 mm, without the substrate between the tab and the remaining substrate breaks or tears.
  • the tab includes, for example, part of the connection layer and thereby forms an electrical line.
  • the average thickness of the substrate in the area of the tab preferably deviates by less than 10% from the average thickness of the other substrate.
  • the tab comprises part of the electrically insulating layer.
  • the tab preferably protrudes completely through the opening of the carrier. Part of the tab can protrude from the opening on the back. For example, this part protrudes at least 0.5 cm or at least 1 cm from the opening.
  • an active or passive electronic component is arranged on the part of the tab protruding from the rear and electrically connected to the substrate.
  • the active or passive electronic component is electrically conductively connected to the optoelectronic component via the connection layer.
  • the component serves, for example, as a driver for the display segment.
  • the electronic component can be a semiconductor chip, for example an IC chip, or a control element for the optoelectronic component.
  • the electronic component is preferably arranged on the top of the substrate. Alternatively or additionally, such an electronic component can also be arranged on the substrate and on the same side of the carrier as the optoelectronic component.
  • the substrate of the display segment can at least partially cover the opening in the carrier.
  • the electrically insulating layer is partially or completely removed in the region of the opening and the electrical line is led to the connection layer in the region of the opening and electrically connected to the connection layer.
  • the electrically insulating layer has been removed from the substrate to the extent that the connection layer is accessible on a side facing away from the upper side of the substrate.
  • the electrical line can then be formed, for example, by an electrically conductive layer, such as a metal layer or a sintering / conductive paste, for example made of Ag, which is in electrical contact with the connection layer.
  • an electrically conductive layer such as a metal layer or a sintering / conductive paste, for example made of Ag, which is in electrical contact with the connection layer.
  • the electrical conductive layer can be positively guided over side walls of the opening to the back of the carrier.
  • An insulation layer can be arranged between the electrically conductive layer and the carrier. In this case, no part of the substrate is preferably inserted through the opening.
  • the display segment comprises a plurality of m-LEDs, each m-LED or triple of m-LED being assigned to a pixel or pixel of the display segment, in particular being uniquely assigned.
  • the optoelectronic components are arranged on the substrate in a regular pattern, for example a rectangular pattern. Each of the optoelectronic components can be controlled individually and independently of the other optoelectronic components. A pixel or pixel of a display or a sub-pixel can thus be realized by each component. All features previously disclosed in connection with an optoelectronic component can also apply to all further optoelectronic components of a display segment.
  • the display device comprises a plurality of display segments which are applied to the front of the carrier.
  • the display segments can be arranged almost seamlessly side by side.
  • Each display segment can be assigned an opening of the carrier, in particular uniquely assigned. All the features described above for one display segment can also be used for all others Display segments apply.
  • the display segments lie flush against one another on the front of the carrier.
  • the distance between two adjacent optoelectronic components of a common display segment preferably deviates imperceptibly from the distance between two optoelectronic components from two adjacent display segments, for example by at most 10%.
  • a display device with a single carrier and with a single or more display segments mounted thereon can be used as a display, for example in a vehicle.
  • the display device comprises a plurality of supports, each of which comprises one or more display segments attached to it.
  • the individual Trä ger can be arranged side by side and mechanically connected to each other for example via a frame. In this way, for example, a large video screen with dimensions of more than 1 m and up to 10 m can be realized.
  • a method for producing a display device is specified.
  • the method is particularly suitable for producing a display device as described above. All features disclosed in connection with the display device are therefore also disclosed for the method and vice versa.
  • the method comprises a step A), in which a carrier is provided with a front side, a rear side and at least one opening, which extend from the front side to the rear side.
  • step B) a self-supporting display segment is provided.
  • the display segment comprises a substrate with an electrically conductive connection layer and a simply connected, electrically insulating layer and at least one optoelectronic component.
  • the optoelectronic component is arranged on the connection layer and is electrically conductive connected to the connection layer.
  • the electrically insulating layer is arranged on a side of the connection layer facing away from the component.
  • the display segment is applied to the front of the carrier.
  • step D) an electrical line is formed which extends through the opening, so that the display segment can be electrically contacted via the electrical line from the rear of the carrier.
  • Steps A) to D) are preferably carried out in the order given and in succession.
  • the substrate comprises a tab which is inserted through the opening in step D) and which forms the electrical line.
  • the display segment in step C) is arranged such that the electrically insulating layer at least partially covers the opening.
  • the electrically insulating layer is removed in the area of the opening, for example by laser ablation, and then the electrical line in the area of the opening is led to the connection layer and electrically connected to the connection layer.
  • an electrically conductive layer is formed as an electrical line in the region of the opening, for example by jetting.
  • an insulation layer can be applied to the carrier in the region of the opening as electrical insulation between the carrier and the electrical line.
  • FIG. 1A shows a diagram which illustrates some requirements for so-called m-displays or micro-displays of different sizes with regard to the field of view and the pixel spacing of the m-display;
  • FIG. 1B shows a diagram for the spatial distribution of the rods and suppositories in a human eye
  • FIG. IC shows a diagram of the perceptibility of the human eye with assigned projection areas
  • Figure ID is a graph showing the sensitivity of the rods and cones over the wavelength
  • Figure 2A is a diagram illustrating some requirements for different size microdisplays in terms of the field of view and collimation angle of a pixel of the m-display
  • Figure 2B illustrates an exemplary implementation of a pixel arrangement to illustrate the parameters used in Figures 1A and 2A;
  • Figure 3A is a diagram illustrating the number of pixels required depending on the field of view for a specific resolution
  • FIG. 3B is a table with preferred areas of application for m-LED arrays
  • FIG. 4A shows a schematic diagram of an m-LED display with essential elements for light generation and light guide
  • FIG. 4B shows a schematic illustration of an m-LED array with similar m-LEDs
  • FIG. 4C is a schematic illustration of an m-LED array with m-LEDs of different light colors
  • FIG. 5A and FIG. 5B show two examples of a structure or beam guidance and collimation;
  • Figure 6 illustrates an example of a slotted antenna according to the proposed principle;
  • FIGS. 7A to 7C illustrate an example of light-emitting devices according to the proposed principle, which are suitable for generating light of different colors
  • FIGS. 8A to 8F show various examples of a slotted antenna which is realized for light emission in a semiconductor material
  • FIG. 9 illustrates the radiation characteristic for a simple example of a slotted antenna according to FIG. 8A.
  • FIG. 10 shows two exemplary designs of a slotted antenna with additional optics arranged on the emission surface
  • Figure 11 shows another example of a slotted antenna to generate light of a defined color
  • FIGS. 12 to 19 show a step for producing a pixel from pairs of m-LEDs in the form of bars with a converter layer between the pairs, showing a cross section;
  • FIG. 20 illustrates a step of a first contacting of a proposed pixel with pairs of m-LEDs in a top view;
  • FIG. 21 shows the step of first contacting a pixel in front of an image in the form of a longitudinal section according to some aspects of the proposed concept;
  • FIG. 22 shows a step of a second contacting of a proposed pixel in the representation of a cross section according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 23 shows the step of the second contacting of a struck electronic component in a longitudinal section
  • FIG. 24 shows the step for producing a pixel according to the previous figure, showing a cross section
  • Figure 25A is an embodiment of a pixel with an arranged light-shaping structure and various drive options in accordance with some aspects of this disclosure
  • Figure 25B shows a top view of the photonic structure.
  • FIG. 25C shows a further top view of different positioning options of subpixels of different pixels, according to some aspects of FIG. 25A;
  • FIG. 26 is an exemplary embodiment of an m-rod as starting material for producing an optoelectronic component, in particular an m-LED;
  • FIG. 27A shows an exemplary embodiment of an m-LED with an m-rod structure aligned horizontally to the carrier;
  • FIG. 27B shows a further exemplary embodiment in which the contact is made on an underside of the m-rod;
  • FIGS. 28 to 37 illustrate an exemplary embodiment of a proposed method for producing a group of three m-LEDs aligned and contacted horizontally to the carrier according to the proposed principle
  • FIG. 38 shows a further exemplary embodiment of a horizontally oriented m-rod according to some aspects in a longitudinal section
  • FIG. 39 illustrates a further exemplary embodiment of a proposed group with three m-LEDs with a converter layer arranged thereon in accordance with some of the aspects set out;
  • FIG. 40 shows a further exemplary embodiment of a group with three horizontally oriented m-rods and a reflective layer on the carrier;
  • FIG. 41A shows a plan view of a pixel arrangement with three horizontally aligned m-rods, which are suitable for emitting light with different wavelengths;
  • Figure 41B is the side view of the embodiment of the previous figure;
  • FIG. 42 illustrates a further exemplary embodiment according to some proposed aspects of a group with three aligned m-rods, each of which forms an m-LED, a top view of m-LEDs;
  • Figure 43 shows another embodiment of a proposed group with three m-rods in cross section, because of different geometry for emitting light of different wavelengths are formed;
  • Figure 44 illustrates the embodiment of a group of three proposed m-Rods as electron microscope image in a perspective view
  • FIG. 45 shows a representation of emitted wavelengths of an exemplary embodiment of a group of three proposed m-rods
  • FIG. 46 illustrates a further illustration of an exemplary embodiment of a group of three proposed m-rods in a cross section, which together form a pixel;
  • FIGS. 47A to 47D show an embodiment of a production method for an m-LED which is grown on a predefined shape layer of the carrier substrate;
  • FIG. 48 illustrates a completed version of an m-LED based on the proposed principle;
  • FIG. 49 shows a second embodiment of an m-LED which has been grown on a predefined shaped layer of the carrier substrate and has some further aspects
  • FIG. 50 is a first contour of the molded layer for producing an m-LED according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 51 shows an embodiment of a second contour of the molded layer for producing an m-LED
  • FIG. 52 shows a third exemplary embodiment of an m-LED grown on a molded layer with some of the proposed aspects
  • FIG. 53 is a fourth embodiment of an m-LED, which was generated epitaxially on a molded layer with a defined orientation of the carrier;
  • FIGS. 54A to 54B show a fifth embodiment of an m-LED with some of the proposed aspects and an intermediate production step
  • FIG. 54C shows a fourth embodiment of an m-LED with an additionally attached photonic crystal structure and a contact for electrical contact to a control circuit
  • FIG. 54D shows an alternative embodiment in which the photonic structure is arranged on the back
  • FIG. 54E shows a further embodiment with a photonic structure and converter material
  • FIGS. 55A to 55E illustrate an embodiment with different method steps for generating a quantum well intermixing in an active layer of a semiconductor body outside an area intended for light emission according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 56 shows the course of various process parameters while the method is being carried out according to the proposed principle
  • FIG. 57 is a diagram of the course of a relative luminous intensity over time to illustrate a decrease in the luminous intensity in optoelectronic components
  • FIGS. 58A to 58F show an embodiment with different method steps for producing a semiconductor structure by means of quantum well intermixing in accordance with some aspects of the concept presented
  • FIG. 59 shows an exemplary course of various process parameters during an implementation of the method according to the proposed principle
  • FIG. 60 shows a section of a semiconductor structure to explain various aspects of the concept presented
  • FIG. 61 is a diagram to illustrate the barrier height as a function of the operating current with different dopings to explain the concept presented;
  • FIG. 62 is a further diagram to illustrate the quantum efficiency at different barrier heights to explain the concept presented.
  • FIG. 63 shows a square m-LED structure and associated cross-sectional profile of the dopant concentration in order to derive the proposed concept
  • FIG. 64 illustrates a top view of a semiconductor structure of an optoelectronic component with a corresponding cross-sectional profile of the dopant concentration in accordance with some aspects of the proposed principle
  • FIGS. 65A to 65C show different steps of a layer structure and thus a manufacturing process of the optoelectronic component, taking into account the proposed concept;
  • FIG. 66 is a representation of the band gap of the optoelectronic component according to the proposed concept
  • FIGS. 67A and 67B each illustrate a top view of a first embodiment of a semiconductor structure suitable for light emission and associated cross-sectional profiles of the band gap of the semiconductor structure in accordance with some aspects of the concept presented;
  • Figures 68A and 68B provide a top view of another
  • FIGS. 69A and 69B are a top view of a third embodiment according to some aspects of the proposed concept with associated cross-sectional profiles of the band gap;
  • FIGS. 70A and 7 OB show a plan view of a fourth embodiment of the semiconductor structure and associated cross-sectional profiles of the band gap of the semiconductor structures, as is implemented in various aspects;
  • FIGS. 71A to 71C illustrate a layer structure and a method for producing one or more optoelectronic ones
  • FIG. 72 is a representation of the band gap of the semiconductor structure according to the proposed concept;
  • FIG. 73 illustrates an exemplary embodiment of a conventional optoelectronic component, for example an LED;
  • FIG. 74 is a longitudinal section of a first exemplary embodiment of an optoelectronic component or an m-LED with a current constriction according to some aspects of the concept presented;
  • FIG. 75 shows a cross section in top view of the first exemplary embodiment of the m-LED
  • FIG. 76 shows an illustration of the mode of operation of the first exemplary embodiment
  • FIG. 77 illustrates a longitudinal section of a second exemplary embodiment of an m-LED with magnetic elements for constricting current
  • FIG. 78 shows a cross section in top view of the second exemplary embodiment of the m-LED
  • FIG. 79 shows a longitudinal section of a third exemplary embodiment of an m-LED with further aspects relating to current constriction;
  • FIG. 80 shows a cross section in plan view of the third exemplary embodiment of the m-LED;
  • FIG. 81 illustrates a longitudinal section of a fourth exemplary embodiment of an optoelectronic component or an m-LED according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 82 shows an exemplary embodiment of a proposed method for producing an m-LED with a constricted current
  • FIG. 83 shows various steps of an exemplary embodiment of a proposed method for producing an m-LED with a rotating reflector structure
  • Figure 84 shows a first embodiment of an array of two m-LED with an intermediate reflector structure in cross section according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 85 illustrates a part of the first exemplary embodiment of the m-LED according to the proposed principle as a top view;
  • FIG. 86 shows a second exemplary embodiment of a proposed array in cross section with a reflector structure arranged in between;
  • FIG. 87 is a cross-sectional view of the first exemplary embodiment of the proposed electrically contacted m-LED
  • FIG. 88 illustrates in a third exemplary embodiment of a proposed array in cross section further aspects of the proposed concept
  • Figure 89 shows a fourth embodiment of a proposed array in cross section
  • FIG. 90 is an embodiment with several proposed arrays in a top view to clarify further aspects
  • FIG. 91 shows a further embodiment of a proposed array in a plan view
  • FIGS. 92 to 94 show different exemplary embodiments of an m-LED in cross section, which is arranged in a proposed array
  • FIG. 95 shows the embodiment of FIGS. 93 and 94 as a top view
  • FIG. 96 shows a section of an m display with a plurality of m LEDs and a transparent contacting layer designed as a common cathode in a top view to explain some aspects
  • FIGS. 97A and 97B illustrate some pixel elements with m-LEDs and contacting layer as well as two interconnects according to some aspects of the proposed concept
  • FIG. 98A shows a section with several pixel elements with m-LEDs, conductor structures for anode and cathode and m-LEDs with beam shaping elements in a top view;
  • FIG. 98B shows a further supplementary embodiment of the embodiment of the previous figure

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft verschiedene Aspekte zu einer µ-LED oder einer µ-LED Anordnung für Augmented Reality oder Licht Anwendungen, hier insbesondere im Automotive Bereich. Dabei zeichnet sich die µ-LED durch besonders kleine Abmessungen im Bereich weniger µm aus.

Description

m-LED , m-LED ANORDNUNG , DISPLAY UND VERFAHREN ZU SELBEN
Diese Patentannmeldung beansprucht die Prioritäten der deut schen Anmeldungen DE 10 2019 201 114.4 vom 29. Januar 2019, DE 10 2019 111 766.6 vom 07. Mai 2019, DE 10 2019 112 124.8 vom
09. Mai 2019, DE 10 2019 116 313.7 vom 14. Juni 2019, DE 10 2019 131 506.9 vom 21. November 2019, DE 10 2019 118 251.4 vom 05. Juli 2019, DE 10 2019 118 082.1 vom 04. Juli 2019, DE 10 2019 108 260.9 vom 29. März 2019, DE 10 2019 125 349.7 vom 20. September 2019, DE 10 2019 112 490.5 vom 13. Mai 2019, DE 10
2019 112 604.5 vom 14. Mai 2019, DE 10 2019 112 609.6 vom 14. Mai 2019, DE 10 2019 102 509.5 vom 31. Januar 2019, DE 10 2019 115 479.0 vom 07. Juni 2019, DE 10 2019 112 616.9 vom 14. Mai
2019, DE 10 2019 113 791.8 vom 23. Mai 2019, DE 10 2019 110 499.8 vom 23. April 2019, DE 10 2019 110 523.4 vom 23. April
2019, DE 10 2019 130 934.4 vom 15. November 2019, DE 10 2019 114 321.7 vom 28. Mai 2019, DE 10 2019 127 425.7 vom 11. Oktober
2019, DE 10 2019 112 639.8 vom 14. Mai 2019, DE 10 2019 112
605.3 vom 14. Mai 2019, DE 10 2019 113 636.9 vom 22. Mai 2019, DE 10 2019 103 365.9 vom 11. Februar 2019, DE 10 2019 116 312.9 vom 14. Juni 2019, DE 10 2019 115 991.1 vom 12. Juni 2019, DE 10 2019 125 875.8 vom 25. September 2019, DE 10 2019 127 424.9 vom 11. Oktober 2019, DE 10 2019 118 085.6 vom 04. Juli 2019, DE 10 2019 125 336.5 vom 20. September 2019, DE 10 2019 113 793.4 vom 23. Mai 2019, DE 10 2019 110 500.5 vom 23. April 2019,
DE 10 2019 111 767.4 vom 07. Mai 2019, DE 10 2019 121 672.9 vom
12. August 2019, DE 10 2019 118 084.8 vom 04. Juli 2019, DE 10
2019 113 768.3 vom 23. Mai 2019, DE 10 2019 113 792.6 vom 23. Mai 2019, DE 10 2019 110 497.1 vom 23. April 2019, DE 10 2019 114 442.6 vom 29. Mai 2019, DE 10 2019 129 209.3 vom 29. Oktober
2019, DE 10 2019 130 821.6 vom 14. November 2019 und DE 10 2019 130 866.6 vom 15. November 2019, deren Offenbarungsgehälter hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden, sowie die Priori täten der dänischen Anmeldungen DK PA201970059 vom 29. Januar 2019, DK PA201970060 vom 29. Januar 2019 und DK PA201970061 vom 29. Januar 2019 deren Offenbarungsgehälter hiermit durch Rück bezug aufgenommen werden, sowie die Priorität der US Anmeldung US 62/937,552 vom 19. November 2019, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Hintergrund
Die laufenden gegenwärtigen Entwicklungen innerhalb des Inter nets der Dinge und dem Bereich von Kommunikation hat die Tür für verschiedene neue Anwendungen und Konzepte geöffnet. Für Entwicklungs-, Service- und Herstellungszwecke bieten diese Konzepte und Anwendungen eine erhöhte Wirksamkeit und Effizi enz . Ein Aspekt neuer Konzepte beruht auf erweiterter oder virtueller Realität. Eine allgemeine Definition von "Augmented Reality" ist gegeben durch eine "interaktive Erfahrung der realen Umge bung, wobei die Objekte daraus, die sich in der realen Welt befinden, erweitert sind durch computergenerierte wahrnehmbare Information".
Die Information wird zumeist durch Visualisierung transpor tiert, ist aber nicht auf die visuelle Wahrnehmung beschränkt. Manchmal können haptische oder andere Sinneswahrnehmungen ge- braucht werden, um die Realität zu erweitern. Im Fall von Vi sualisierung kann die überlagerte sensorisch visuelle Informa tion konstruktiv sein, d.h. zusätzlich zu der natürlichen Um gebung, oder sie kann destruktiv sein, zum Beispiel durch über decken von Teilen der natürlichen Umgebung. In einigen Anwen- düngen ist es zudem möglich, in der einen oder der anderen Weise mit der überlagerten sensorischen Information zu interagieren. Auf diese Weise verstärkt erweiterte Realität die laufende Wahr nehmung des Nutzers der realen Umgebung. Im Gegensatz dazu ersetzt "virtuelle Realität" die reale Umge bung des Nutzers komplett mit einer Umgebung, die vollkommen simuliert ist. Mit anderen Worten, während der Nutzer in einer erweiterten Realitätsumgebung in der Lage ist, die reale Welt zumindest teilweise wahrzunehmen, ist die Umgebung in einer virtuellen Realität komplett simuliert und mag signifikant von der Realität abweichen.
Erweiterte Realität kann benutzt werden, um natürliche Umge bungssituationen zu verbessern, und dabei das Erlebnis des Nut zers zu bereichern oder ihn zu unterstützen, wenn er bestimmte Aufgaben ausführt. Zum Beispiel mag ein Nutzer ein Display mit erweiterter Realitätsfunktionen benutzen, um ihn bei der Durch führung bestimmter Aufgaben zu unterstützen. Da Informationen über ein reales Objekt überlagert werden, um Hinweise für den Nutzer zu liefern, wird der Nutzer mit zusätzlicher Information unterstützt, was ihm erlaubt, während Herstellung, Reparatur aufgaben oder anderen Dienstleistungen schneller, sicherer und effektiver zu handeln. Im medizinischen Bereich kann erweiterte Realität dazu genutzt werden, den Arzt in Diagnose und Behand lung des Patienten zu führen und zu unterstützen. In der Ent wicklung mag ein Ingenieur die Ergebnisse seiner Versuche direkt erfahren und kann die Ergebnisse so einfacher auswerten. In der Touristik- oder Eventbranche kann eine erweiterte Realität ei nem Benutzer zusätzliche Informationen zu Sehenswürdigkeiten, Geschichte oder ähnliches liefern. Erweiterte Realität kann beim Lernen von Tätigkeiten oder Aufgaben unterstützen.
Zusammenfassung
In der folgenden Zusammenfassung werden verschiedene Aspekte für m-Displays im Bereich der Automotive und Augmented Reality Anwendungen erläutert. Dazu gehören Vorrichtungen, Displays, Ansteuerungen, prozesstechnische Verfahren und andere Aspekte, die für erweiterte Realität und für Automotiveanwendungen ge eignet sind. Dazu gehören Aspekte, welche auf die Lichterzeugung mittels Anzeigen, Displays oder ähnliches gerichtet sind. Zudem werden Steuerschaltungen, Stromversorgungen und Aspekte zur Lichtauskopplung, zur Lichtführung und -fokussierung sowie An wendungen von solchen Vorrichtungen aufgeführt und anhand von verschiedenen Beispielen erläutert.
Wegen der verschiedenen Beschränkungen und Herausforderungen, die sich aufgrund der geringen Größe der lichterzeugenden Bau elemente ergeben, ist eine Kombination der verschiedenen Aspekte nicht nur vorteilhaft, sondern oftmals auch geboten. Zur ein facheren Handhabung wird diese Offenbarung in mehrere Abschnitte gegliedert, deren Themen ähnlich sind. Dies soll jedoch explizit nicht so verstanden werden, dass Merkmale aus einem Thema nicht mit anderen zu kombinieren sind. Vielmehr sind Aspekte aus ver schiedenen Themengebieten zu kombinieren, um ein Display für Augmented Reality oder andere Anwendungen oder auch im Automo tive Bereich zu schaffen.
Für die Überlegungen zu den folgenden Lösungen sollen einige Begriffe und Ausdrücke erklärt werden, um ein gemeinsames und gleiches Verständnis zu definieren. Die aufgeführten Begriffe werden in der Regel mit diesem Verständnis in dem vorliegenden Dokument benutzt. In Einzelfällen kann jedoch von der Interpre tation abgewichen werden, wobei die Abweichung kenntlich geformt ist .
„Aktiv-Matrix-Display"
Der Begriff „Aktiv-Matrix-Display" wurde ursprünglich für Flüs sigkristallbildschirme verwendet, die eine Matrix von Dünn schichttransistoren enthalten, mit denen LCD-Bildpunkte ange steuert werden. Jeder einzelne Bildpunkt besitzt eine Schaltung mit aktiven Komponenten (meist Transistoren) und Stromversor- gungsanschlüssen . Gegenwärtig soll diese Technologie aber nicht auf Flüssigkeitskristalle beschränkt sein, sondern sich insbe sondere auch auf Ansteuerungen für m-LEDs oder m-Displays be ziehen . „Aktiv-Matrix-Trägersubstrat"
„Aktiv-Matrix-Trägersubstrat" oder „Aktiv-Matrix-Backplane" be zeichnet eine Ansteuerung von Leuchtdioden eines Displays mit Thin-Film-Transistor-Schaltkreisen . Hierbei können die Schalt kreise in die Backplane integriert oder auf diese aufgebracht sein. Das „Aktiv-Matrix-Trägersubstrat" besitzt ein oder meh rere Interface Kontakte, die einen elektrischen Anschluss zu einer m-LED Displaystruktur bilden. Ein „Aktiv-Matrix-Trä gersubstrat" kann somit Bestandteil eines Aktiv-Matrix-Displays sein oder dieses tragen.
„Aktive Schicht"
Mit der aktiven Schicht wird die Schicht in einem optoelektro nischen Bauelement bzw. Leuchtdiode bezeichnet, in der Ladungs träger rekombinieren . Die aktive Schicht kann in ihrer ein- fachsten Form durch einen Bereich zweier aneinandergrenzender Halbleiterschichten unterschiedlichen Leitungstyps gekennzeich net sein. Komplexere aktive Schichten enthalten Quantenwells (siehe dort), Multiquantenwells oder andere Strukturen, die zu sätzliche Eigenschaften aufweisen. Ebenso kann durch die Struk- tur und Materialsysteme die Bandlücke (siehe dort) in der ak tiven Schicht eingestellt werden, welche die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichtes vorgibt.
„Alvarez-Linsenanordnung"
Mit Verwendung von Alvarez-Linsenpaaren kann ein Strahlengang einer Videobrille angepasst werden. Eine Verstelloptik umfasst eine Alvarez-Linsenanordnung, insbesondere eine drehbare Vari ante mit einer Moire-Linsenanordnung. Dabei wird die Strahl ablenkung durch die erste Ableitung des jeweiligen Phasenplat- tenreliefs, das beispielsweise durch z = ax2 + by2 + cx + dy + e für die Durchstrahlungsrichtung z und die Querrichtungen x und y angenähert ist, und durch den Versatz der beiden paarweise angeordneten Phasenplatten in die Querrichtungen x und y be stimmt. Für weitere Ausführungsalternativen sind schwenkbare Prismen in der Verstelloptik vorgesehen.
„Augmented Reality (AR) "
Diese ist eine interaktive Erfahrung der realen Umwelt, wobei deren Aufnahmegegenstand sich in der realen Welt befindet und durch eine computererzeugte wahrnehmbare Information erweitert wird. Unter erweiterter Realität versteht man die computerge stützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung eben mittels die ser computererzeugten wahrnehmbaren Information. Die Informa tion kann alle menschlichen Sinnesmodalitäten ansprechen. Häu- fig wird jedoch unter erweiterter Realität nur die visuelle Darstellung von Informationen verstanden, also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinforma tionen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Überlage rung. Anwendungen und Erläuterungen zur Wirkungsweise von Aug- mented Reality findet sich in der Einleitung sowie im Folgenden in Ausführungsbeispielen.
„Automotive"
Automotive bezeichnet generell die Kraftfahrzeug- oder Automo- bilindustrie . Dieser Begriff soll daher diesen Zweig, aber auch alle weiteren Industriezweige umfassen, die m-Displays oder ge nerell Lichtanzeigen- mit sehr hoher Auflösung und m-LEDs um fassen . „Bandlücke"
Als Bandlücke, auch Bandabstand bzw. verbotene Zone, wird der energetische Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband eines Festkörpers bezeichnet. Dessen elektrische und optische Eigen schaften werden wesentlich durch die Größe der Bandlücke be- stimmt. Die Größe der Bandlücke wird üblicherweise in Elektro nenvolt (eV) angegeben. Mittels der Bandlücke wird somit auch zwischen Metallen, Halbleitern und Isolatoren unterschieden. Durch verschiedene Maßnahmen wie zum Beispiel räumliche Dotie rung, Verstimmung der Kristallgitterstruktur oder auch durch Wechsel der Materialsysteme kann die Bandlücke angepasst, d.h. verändert werden. Materialsysteme mit sogenannter direkter Bandlücke, d.h. bei der das Maximum des Valenzbandes und ein Minimum des Leitungsbandes im Impulsraum Übereinanderliegen, erlauben eine Rekombination von Elektron-Loch-Paaren unter Emission von Licht.
„Bragg-Gitter"
Faser-Bragg-Gitter sind in Lichtwellenleiter eingeschriebene spezielle optische Interferenzfilter. Wellenlängen, die inner halb der Filterbandbreite um lB liegen, werden reflektiert. In dem Faserkern eines Lichtwellenleiters wird mittels verschie dener Verfahren eine periodische Modulation des Brechungsindex erzeugt. Dadurch entstehen Bereiche mit hohem und niedrigem Brechungsindex, die das Licht einer bestimmten Wellenlänge re flektieren (Bandsperre). Die Mittenwellenlänge der Filterband breite in Monomodefasern ergibt sich durch die Bragg-Bedingung .
„Direktionalität"
Mit Direktionalität oder Gerichtetheit wird die Abstrahlcharak teristik einer m-LED oder eines anderen lichtemittierenden Bau elements bezeichnet. Eine hohe Direktionalität entspricht dabei einer hohen gerichteten Abstrahlung, oder einem geringen Ab strahlkegel. Generell sollte es das Ziel sein, eine hohe ge richtete Abstrahlung zu erhalten, damit ein Übersprechen von Licht in benachbarte Pixel möglichst vermieden wird. Entspre chend ist das lichtemittierenden Bauelement je nach Betrach tungswinkel unterschiedlich hell und unterscheidet sich damit von einem Lambertschen Strahler. Durch mechanische Maßnahmen oder andere Maßnahmen, beispiels weise auf der für die Emission vorgesehenen Seite, kann die Direktionalität verändert werden. Neben Linsen u.ä. gehören dazu auch photonische Kristalle oder Pillarstrukturen (säulenartige Strukturen) , die an der emittierenden Oberfläche eines pixe- lierten Arrays oder an einer Anordnung insbesondere von m-LEDs angeordnet sind. Diese erzeugen eine virtuelle Bandlücke, die ein Ausbreiten eines Lichtvektors entlang der Emissionsfläche reduzieren oder verhinderen.
„Fernfeld"
Die Begriffe Nahfeld und Fernfeld beschreiben Raumgebiete um ein eine elektromagnetische Welle abstrahlendes Bauelement, welche sich in ihrer Charakterisierung unterscheiden. Üblicher weise werden die Raumgebiete, in drei Bereiche unterteilt: re aktives Nahfeld, Übergangsfeld und Fernfeld. Im Fernfeld brei tet sich die elektromagnetische Welle unabhängig vom abstrah lenden Element als ebene Welle aus.
„Fliegengittereffekt"
Der Fliegengittereffekt (englisch Screen Door Effect (SDE)) ist ein permanent sichtbares Bildartefakt bei digitalen Videopro jektoren. Der Begriff Fliegengittereffekt beschreibt den unge wollten, weil technisch bedingten schwarzen Abstand zwischen den einzelnen Bildpunkten, bzw. deren projizierten Informatio nen, und nimmt die Form eines Fliegengitters an. Dieser Abstand kommt von der Bauweise, da zwischen den einzelnen LCD-Segmenten die Leiterbahnen zur Ansteuerung verlaufen, dort das Licht ge schluckt wird und somit nicht auf die Leinwand treffen kann. Werden kleine optoelektronische Leuchtvorrichtungen und insbe sondere m-LEDs verwendet oder ist der Abstand zwischen einzelnen Leuchtdioden zu groß, führt die daraus resultierende niedrige Packungsdichte zu eventuell sichtbaren Unterschieden zwischen punktuell ausgeleuchteten und dunklen Bereichen bei der Be- trachtung einer einzelnen Pixelfläche. Dieser sogenannte Flie gengitter-Effekt ( Screen-Door-Effekt ) zeigt sich besonders deut lich bei einem geringen Betrachtungsabstand und damit insbeson dere bei Anwendungen wie VR-Brillen. Sub-Pixelstrukturen werden meist dann wahrgenommen und als störend empfunden, wenn sich der Ausleuchtungsunterschied innerhalb eines Pixels periodisch über die Matrixanordnung fortsetzt. Entsprechend soll der Flie gengittereffekt bei Automotive und Augmented Reality Anwendun gen möglichst vermieden werden.
„Flip-Chip"
Die Flip-Chip-Montage ist ein Verfahren der Aufbau- und Verbin dungstechnik zur Kontaktierung von ungehäusten Halbleiter-Chips mittels Kontaktierhügel, sogenannter „Bumps". Bei der Flip- Chip-Montage wird der Chip direkt, ohne weitere Anschlussdrähte, mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten - zum Sub strat/Schaltungsträger hin - über die Bumps montiert. Dies führt zu besonders geringen Abmessungen des Gehäuses und kurzen Lei terlängen. Ein Flip-Chip ist damit insbesondere ein an dessen Rückseite kontaktiertes elektronisches Halbleiterbauelement. Die Montage bedingt darüber hinaus eventuell spezielle Trans fertechniken, beispielsweise mittels eines Hilfsträgers. Die Abstrahlrichtung bei einem Flip-chip ist dann meist die den Kontaktflächen gegenüberliegende Seite.
„Flip-Flop"
Ein Flip-Flop, oft auch bistabile Kippstufe oder bistabiles Kippglied genannt, ist eine elektronische Schaltung, die zwei stabile Zustände des Ausgangssignals besitzt. Dabei hängt der aktuelle Zustand nicht nur von den gegenwärtig vorhandenen Ein gangssignalen ab, sondern außerdem vom Zustand, der vor dem betrachteten Zeitpunkt bestanden hat. Eine Abhängigkeit von der Zeit besteht nicht, sondern nur von Ereignissen. Durch die Bist- abilität kann die Kippstufe eine Datenmenge von einem Bit über eine unbegrenzte Zeit speichern. Im Gegensatz zu anderen Spei cherarten muss jedoch die Spannungsversorgung dauernd gewähr leistet sein. Das Flip-Flop ist als Grundbaustein der sequen tiellen Schaltungen ein unverzichtbares Bauelement der Digital- technik und damit fundamentaler Bestandteil vieler elektroni scher Schaltungen, von der Quarzuhr bis zum Mikroprozessor. Insbesondere ist es als elementarer Ein-Bit-Speicher das Grun delement der statischen Speicherbausteine für Computer. Einige Ausführungsformen können unterschiedliche Arten von Flip-Flops oder andere Pufferschaltungen verwenden, um Zustandsinformati onen zu speichern. Ihre jeweiligen Eingangs- und ihre Ausgangs signale sind digital, das heißt sie wechseln zwischen logisch "falsch" und logisch "wahr". Diese Werte werden auch als "nied rig" 0 und "hoch" 1 bezeichnet.
„Head-up-Display"
Das Head-up-Display ist ein Anzeigesystem beziehungsweise eine Projektionsvorrichtung, bei dem der Nutzer seine Kopfhaltung bzw. Blickrichtung beibehalten kann, da Informationen in sein Sichtfeld projiziert werden. Das Head-up-Display ist ein Aug- mented-Reality-System. In einigen Fällen besitzt ein Head-Up Display einen Sensor zur Bestimmung der Blickrichtung oder der Orientierung im Raum. „Horizontale Leuchtdiode"
Bei horizontalen LEDs liegen die elektrischen Anschlüsse auf einer gemeinsamen Seite der LED. Dies ist oftmals die von der Lichtaustrittsfläche abgewandten Rückseite der LED. Horizontale Leuchtdioden weisen somit Kontakte auf, die lediglich zu einer Oberflächenseite hin ausgebildet sind.
„Interferenzfilter"
Interferenzfilter sind optische Bauelemente, die den Effekt der Interferenz nutzen, um Licht frequenzabhängig, d.h. farbabhän- gig für sichtbares Licht, zu filtern. „Kollimation"
Die Kollimation bezeichnet in der Optik die Parallelrichtung divergenter Lichtstrahlen. Die zugehörige Linse heißt Kollima tor oder Sammellinse. Ein kollimierter Lichtstrahl enthält ei- nen großen Teil paralleler Strahlen und wird deshalb beim Aus breiten minimal gespreizt. Eine Verwendung in diesem Sinne be zieht sich auf das Spreizen des von einer Quelle emittierten Lichts. Ein kollimierter Strahl, der von einer Oberfläche emit tiert wird, hat eine starke Abhängigkeit von dem Abstrahlwinkel. Mit anderen Worten, die Strahldichte (Leistung pro Einheit eines Festwinkels pro Einheit des projizierten Quellbereichs) einer kollimierten Lichtquelle verändert sich mit zunehmenden Winkel. Licht kann durch eine Anzahl von Verfahren kollimiert werden, beispielsweise mittels einer vor der Lichtquelle angeordneten speziellen Linse. Folglich kann kollimiertes Licht ebenso als Licht mit einer sehr großen Richtungsabhängigkeit angesehen werden .
„Konvertermaterial"
Konvertermaterial ist ein Material, welches geeignet ist, Licht einer ersten Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge zu konver tieren. Die erste Wellenlänge ist dabei kürzer als die zweite Wellenlänge. Darunter fallen unter anderem verschiedene bestän dige anorganische als auch organische Farbstoffe sowie Quan- tendots. Das Konvertermaterial kann in verschiedenen Verfahren aufgebracht und strukturiert werden.
„Lambert-Strahler"
Für viele Anwendungen wird eine sogenannte Lambertsche Ab- Strahlcharakteristik verlangt. Dies bedeutet, dass eine licht emittierende Fläche idealerweise über ihre Fläche eine gleich mäßige Strahlungsdichte aufweist und sich daraus eine vertikal kreisförmige Verteilung der Strahlstärke ergibt. Da der Mensch mit seinem Auge nur die Leuchtdichte bewertet (die Leuchtdichte ist die photometrische Entsprechung der Strahldichte), er scheint ein solches Lambertsches Material unabhängig von der Betrachtungsrichtung als gleich hell. Insbesondere für gebogene und flexible Anzeigeflächen kann diese gleichmäßige winkelun- abhängige Helligkeit ein wichtiger Qualitätsfaktor sein, der bei den derzeit verfügbaren Displays aufgrund des Aufbaus und der LED Technologie mitunter schwierig umzusetzen ist.
LEDs und m-LEDs ähneln einem Lambertschen Strahler und strahlen Licht in einem großen Raumwinkel ab. Je nach Anwendungsfall, wird durch weitere Maßnahmen die Abstrahlcharakteristik verbes sert, oder versucht eine größere Direktionalität (siehe dort) zu erreichen. „Leitfähigkeitstyp"
Der Ausdruck "Leitfähigkeitstyp" bezieht sich auf die Mehrheit von (n- oder p-) Ladungsträgern in einem jeweiligen Halbleiter material. Das heißt, ein Halbleitermaterial das n-dotiert ist, wird als n-Leitfähigkeitstyp betrachtet. Entsprechend, falls ein Halbleitermaterial ein n-Typ ist, dann ist es n-dotiert. Der Ausdruck "aktiver" Bereich in einem Halbleiter bezieht sich auf einen Grenzbereich in einem Halbleiter zwischen einer n- dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht. In diesem Be reich findet eine strahlende Rekombination von p- und n- Typ Ladungsträgern statt. In einigen Ausführungen ist der aktive Bereich weiterhin strukturiert und umfasst beispielsweise Quan- tenwell- oder Quantendotstrukturen .
„Lichtfeld-Display"
Als virtuelle Netzhautanzeige (VNA, englisch virtual retinal display) oder Lichtfeld-Display wird eine Displaytechnologie bezeichnet, die ein Rasterbild direkt auf die Netzhaut des Auges zeichnet. Der Benutzer bekommt dabei den Eindruck einer vor ihm schwebenden Leinwand. Ein Lichtfeld-Display kann als Brille be- reitgestellt sein, wobei ein Rasterbild direkt auf die Netzhaut eines Benutzerauges projiziert wird. Bei der virtuellen Netz hautanzeige entsteht durch eine direkte Netzhautprojektion ein Bild innerhalb des Benutzerauges. Das Lichtfeld-Display ist ein Augmented-Reality-System.
„Lithografie" oder „Fotolithografie"
Die Fotolithografie (auch Photolithographie) ist eine der zent ralen Methoden der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik zur Her stellung von integrierten Schaltungen und weiteren Produkten. Dabei wird mittels der Belichtung das Bild einer Fotomaske auf einen lichtempfindlichen Fotolack übertragen. Anschließend wer den die belichteten Stellen des Fotolacks aufgelöst (alternativ ist auch die Auflösung der unbelichteten Stellen möglich, wenn der Fotolack unter Licht aushärtet). So entsteht eine lithogra- fische Maske, die die weitere Bearbeitung durch chemische und physikalische Prozesse ermöglicht, etwa das Einbringen von Ma terial auf die offenen Bereiche oder das Ätzen von Vertiefungen in den offenen Bereichen. Später kann auch der restliche Foto lack abgetragen werden.
„m-LED"
Eine m-LED ist ein optoelektronisches Bauelement, deren Kanten längen kleiner 70 pm, insbesondere bis hinunter zu kleiner 20 pm, insbesondere im Bereich von 1 pm bis 10 pm ist. Ein weiterer Bereich liegt zwischen 10-30 pm. Dadurch ergibt sich eine Fläche von wenigen hundert pm2 bis zu einigen zehn pm2. Beispielsweise kann eine m-LED eine Fläche von ca. 60pm2 mit einer Kantenlänge von etwa 8pm aufweisen. In einigen Fällen hat eine m-LED eine Kantenlänge von 5pm oder weniger, woraus sich eine Größe von weniger als 30pm2 ergibt. Typische Höhen solcher m-LEDs liegen beispielsweise im Bereich von 1,5 pm bis 10 pm.
Als Anwendungen von m-LEDs kommen neben klassischen Leuchtan wendungen vor allem Displays in Betracht. Dabei bilden die m- LEDs Pixel oder Subpixel aus und emittieren Licht einer defi nierten Farbe. Durch die kleine Pixelgröße und eine hohe Dichte mit geringem Abstand eignen sich m-LEDs unter anderem für kleine monolithische Displays für AR-Anwendungen .
Durch die oben genannte sehr geringe Größe einer m-LED ist die Herstellung und Verarbeitung bzw. Prozessierung im Vergleich zu bisherigen größeren LEDs deutlich erschwert. Gleiches gilt für zusätzliche Elemente wie Kontakte, Package, Linsen etc.. Einige Aspekte, die bei größeren optoelektronischen Bauelementen rea lisierbar sind, lassen sich bei m-LEDs nicht oder nur auf eine andere Weise erzeugen. Insofern ist daher eine m-LED von einer herkömmlichen LED, d.h. einem lichtemittierenden Bauelement mit einer Kantenlänge von 200pm oder mehr, deutlich unterschiedlich.
"m-LED-Array"
Siehe bei m-Display
„m-Display"
Ein m-Display oder auch ein m-LED-Array ist eine Matrix mit einer Vielzahl von Pixeln, die in definierten Zeilen und Spalten angeordnet sind. Hinsichtlich seiner Funktionalität bildet ein m-LED-Array oftmals eher eine Matrix aus m-LEDs des gleichen Typs und gleicher Farbe. Es stellt daher eher eine Leuchtfläche zur Verfügung. Zweck eines m-Displays ist es hingegen unter anderem Information übermitteln, wodurch sich oftmals die For derung nach unterschiedlicher Farbe oder einer adressierbaren Ansteuerung für jedes einzelne Pixel bzw. Subpixel ergibt. Ein m-Display kann aus mehreren m-LED-Arrays gebildet sein, die zusammen auf einer Backplane oder einem anderen Träger gebildet sind. Ebenso kann aber auch ein m-LED-Array ein m-Display bil den .
Die Größe jedes Pixels ist in der Größenordnung einiger weniger pm, ähnlich den m-LEDs . Folglich ist die Gesamtdimensionierung eines m-Displays mit 1920*1080 Pixel mit einer m-LED Größe von 5mih pro Pixel und direkt aneinander angrenzenden Pixeln in der Größenordnung von wenigen 10mm2. Mit anderen Worten ist ein m- Display oder auch ein m-LED-Array eine kleinbauende Anordnung, welche mittels m-LEDs realisiert ist. m-Displays bzw. m-LED-Arrays können aus demselben, d.h. aus einem Werkstück gebildet sein. Die m-LEDs des m-LED-Arrays kön nen monolithisch ausgebildet sein. Solche m-Displays bzw. m- LED-Arrays werden als monolithische m-LED-Arrays oder m-Dis- plays bezeichnet.
Alternativ können beide Baugruppen gebildet werden, indem m- LEDs individuell auf einem Substrat aufgewachsen und anschlie- ßend einzeln oder gruppenweise mittels eines sogenannten Pick & Place-Verfahrens auf einem Träger in einem gewünschten Abstand zueinander angeordnet werden. Derartige m-Displays oder m-LED- Arrays werden als nicht-monolithisch bezeichnet. Bei nicht-mo nolithischen m-Displays oder m-LED-Arrays sind darüber hinaus auch andere Abstände zwischen einzelnen m-LEDs möglich. Diese Abstände können je nach Anwendung und Ausgestaltung flexibel gewählt werden. Damit können derartige m-Displays oder m-LED- Arrays auch als pitch-expanded bezeichnet werden. Bei pitch- expanded m-Displays oder m-LED-Arrays bedeutet, dass die m-LEDs beim Übertragen auf einen Träger in einem größeren Abstand als auf dem Aufwachssubstrat angeordnet werden. Bei einem nicht monolithischen m-Display oder m-LED-Array kann jeder einzelne Pixel jeweils eine blaues Licht emittierende m-LED und eine grünes Licht emittierende m-LED sowie eine rotes Licht emittie- rende m-LED umfassen.
Um unterschiedliche Vorteile von monolithischen m-LED-Arrays und nicht-monolithischen m-LED-Arrays in einem einzigen Modul nutzen zu können, können in einem m-Displays monolithische m- LED-Arrays mit nicht-monolithischen m-LED-Arrays zusammenge setzt werden. Dadurch lassen sich mit m-Displays unterschied liche Funktionen bzw. Applikationen realisieren. Ein solches Display wird als Hybrid-Display bezeichnet.
„m-LED Nanosäule"
Ein m-LED Nanosäule ist allgemein ein Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Schicht, der so eine m-LED bildet. Die m-LED Nanosäule besitzt eine Kantenlänge kleiner als die Höhe der Säule. Beispielsweise ist die Kantenlänge einer m-LED Nanosäule annähernd 10 nm bis 300 nm, während die Höhe der Vorrichtung im Bereich von 200 nm bis lpm oder mehr sein kann.
„m-Rod"
m-Rod beziehungsweise Rod bezeichnet insbesondere eine geomet rische Struktur, insbesondere einen Stab oder eine Stange oder allgemein eine sich länglich erstreckende, beispielsweise zy linderförmige, Struktur. Es werden m-Rods erzeugt, deren räum liche Abmessungen im pm- bis einschließlich hinunter in den Nanometer-Bereich vorgesehen sind. Damit sind hier ebenso Na- norods umfasst.
„Nanorods"
In der Nanotechnologie sind Nanorods eine Ausgestaltung nanos- kaliger Objekte. Jede deren Dimensionierungen ist im Bereich von ca. 10 nm bis 500 nm. Sie mögen aus Metall oder halbleitenden Materialien synthetisiert sein. Aspektverhältnisse (Länge ge teilt durch Breite) sind 3 bis 5. Nanorods werden durch direkte chemische Synthese hergestellt. Eine Kombination von Liganden wirkt als Formsteuerungsmittel und knüpft an verschiedenen Fa cetten des Nanorods mit verschiedenen Stärken an. Dies erlaubt verschiedene Ausgestaltungen des Nanorods mit verschiedenen Wachstumsraten zur Herstellung eines länglichen Objekts. pLED Nanosäule sind derartige Nanorods. „Minileuchtdiode"
Deren Abmessungen liegen im Bereich von 100 gm bis 750 gm, insbesondere im Bereich größer als 150gm. „Moire-Effekt" und „Moire Linsenanordnung"
Der Moire-Effekt bezeichnet ein scheinbares grobes Raster, das aufgrund der Überlagerung von regelmäßigen, feineren Rastern entsteht. Das sich ergebende Muster, dessen Aussehen den Mustern aus Interferenzen ähnlich ist, ist ein Spezialfall des Alias- Effekts durch Unterabtastung. Als Alias-Effekte werden im Be reich der Signalanalyse Fehler bezeichnet, die auftreten, wenn im abzutastenden Signal Frequenzanteile Vorkommen, die höher sind als die halbe Abtastfrequenz. In der Bildverarbeitung und Computergrafik treten Alias-Effekte bei der Abtastung von Bil- dern auf und führen zu Mustern, die im Originalbild nicht ent halten sind. Eine Moire-Linsenanordnung ist ein Sonderfall ei ner Alvarez-Linsenanordnung .
„Monolithisches Bauelement"
Ein monolithisches Bauelement ist ein Bauelement aus einem Stück. Ein typisches derartiges Bauelement ist beispielsweise ein monolithisches Pixelarray, bei dem das Array aus einem Stück und die g-LEDs des Arrays gemeinsam auf einem Träger gefertigt sind .
„Optische Mode"
Eine Mode, ist die Beschreibung bestimmter zeitlich stationärer Eigenschaften einer Welle. Die Welle wird dabei als Summe ver schiedener Moden beschrieben. Die Moden unterscheiden sich in der räumlichen Verteilung der Intensität. Die Form der Moden wird durch die Randbedingungen bestimmt, unter denen sich die Welle ausbreitet. Die Analyse nach Schwingungsmoden lässt sich sowohl auf stehende als auch auf fortlaufende Wellen anwenden. Bei elektromagnetischen Wellen, wie Licht, Laser und Funkwel len, werden die folgenden Typen von Moden unterschieden: TEM- oder transversal-elektromagnetische Mode, TE- oder H-Moden, TM- oder E-Moden. TEM- oder transversal-elektromagnetische Mode: Sowohl die elektrische als auch die magnetische Feldkomponente stehen stets senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Diese Mode ist nur ausbreitungsfähig, wenn entweder zwei voneinander isolierte Leiter (Äquipotentialflächen) zur Verfügung stehen, beispiels weise in einem Koaxialkabel, oder kein elektrischer Leiter vor handen ist, beispielsweise in Gas-Lasern oder Lichtwellenlei tern. TE- oder H-Moden: Nur die elektrische Feldkomponente steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, während die magnetische Feldkomponente in Ausbreitungsrichtung zeigt. TM- oder E-Moden: Nur die magnetische Feldkomponente steht senkrecht zur Ausbrei tungsrichtung, während die elektrische Feldkomponente in Aus breitungsrichtung zeigt.
„Optoelektronisches Bauelement"
Ein optoelektronisches Bauelement ist ein Halbleiterkörper, der im Betrieb durch Rekombination von Ladungsträgern Licht erzeugt und dieses abstrahlt. Das erzeugte Licht kann vom infraroten bis in den ultravioletten Bereich reichen, wobei die Wellenlänge von verschiedenen Parametern, unter anderem dem verwendeten Ma terialsystem und der Dotierung abhängt. Ein optoelektronisches Bauelement wird auch als Leuchtdiode bezeichnet. Für den Zweck dieser Offenbarung wird der Begriff optoelektro nisches Bauelement oder auch lichtemittierendes Bauelement sy nonym verwendet. Eine m-LED (siehe dort) ist somit ein hin sichtlich seiner Geometrie besonderes optoelektronisches Bau element. In Displays liegen optoelektronische Bauelemente meist monolithisch oder als einzelne auf einer Matrix platzierte Bau elemente vor. „Passiv-Matrix-Backplane" oder „Passiv-Matrix-Trägersubstrat" Als Passiv-Matrix-Display bezeichnet man eine Matrixanzeige, bei der die einzelnen Pixel passiv (ohne zusätzliche elektro nische Komponenten bei den einzelnen Bildpunkten) angesteuert werden. Eine Ansteuerung einer Leuchtdiode eines Displays kann mittels IC Schaltungen erfolgen. Im Gegensatz dazu werden Bild schirme mit aktiv, über Transistoren angesteuerten Bildpunkten als Aktiv-Matrix-Display bezeichnet. Ein Passiv-Matrix-Trä- gersubstrat ist Bestandteil eines Passiv-Matrix-Displays und trägt dieses.
„Photonischer Kristall" oder auch „Photonische Struktur"
Bei einer photonischen Struktur kann es sich um einen photoni- schen Kristall, eine quasiperiodische oder deterministisch ape- riodische photonische Struktur handeln. Die photonische Struk tur erzeugt durch eine periodische Variation des optischen Bre chungsindex eine Bandstruktur für Photonen. Diese Bandstruktur kann eine Bandlücke in einem gewissen Frequenzbereich aufwei sen. Dies führt dazu, dass Photonen sich nicht in alle Raum- richtungen durch die photonische Struktur ausbreiten können. Im Besonderen ist oftmals eine Ausbreitung parallel zu einer Ober fläche gesperrt, senkrecht dazu aber möglich. Auf diese Weise bestimmt die photonische Struktur bzw. der photonische Kristall eine Ausbreitung in einer bestimmten Richtung. Er blockiert oder reduziert diese in eine Richtung und erzeugt so einen Strahl oder ein Strahlenbündel der Strahlung bedarfsgerecht gerichtet in den hierfür vorgesehenen Raumbereich bzw. Abstrahlbereich.
Photonische Kristalle sind in transparenten Festkörpern vorkom- mende oder geschaffene photonische Strukturen. Photonische Kristalle sind nicht zwingend kristallin - ihr Name rührt von analogen Beugungs- und Reflexionseffekten von Röntgenstrahlung in Kristallen aufgrund deren Gitterkonstanten. Die Strukturab messungen sind gleich oder größer eines Viertels der zugehörigen Wellenlänge der Photonen, sie liegen also im Bereich von Bruch teilen eines gm bis mehrere gm. Sie werden durch klassische Lithographie oder auch durch selbstorganisatorische Prozesse erzeugt .
Ähnliche oder gleiche Eigenschaft eines photonischen Kristalls kann man alternativ auch mit nicht-periodischen aber trotzdem geordneten Strukturen erzeugen. Bei derartigen Strukturen han delt es sich insbesondere um quasiperiodische Strukturen oder deterministisch aperiodische Strukturen. Dies können zum Bei spiel spiralförmige photonische Anordnungen sein.
Insbesondere sind hierin sogenannte zweidimensionale photoni sche Kristalle beispielhaft erwähnt, die eine periodische Va- riation des optischen Brechungsindex in zwei zueinander senk rechten Raumrichtungen aufweisen, insbesondere in zwei parallel zur Lichtaustrittsfläche verlaufenden und zueinander senkrech ten Raumrichtungen. Es existieren jedoch auch eindimensionale photonische Struktu ren, insbesondere eindimensionale photonische Kristalle. Ein eindimensionaler photonischer Kristall weist eine periodische Variation des Brechungsindexes längs einer Richtung auf. Diese Richtung kann insbesondere parallel zur Lichtaustrittsebene verlaufen. Durch die eindimensionale Struktur kann eine Strahl formung in einer ersten Raumrichtung erfolgen. Dabei kann ein photonischer Effekt bereits bei wenigen Perioden in der photo nischen Struktur erreicht werden. Die photonische Struktur kann zum Beispiel derart ausgebildet sein, dass die elektromagneti- sehe Strahlung in Bezug auf die erste Raumrichtung zumindest näherungsweise kollimiert ist. Somit kann zumindest in Bezug auf die erste Raumrichtung ein kollimierter Strahl erzeugt wer den . „Pixel"
Mit Pixel, Bildpunkt, Bildzelle oder Bildelement werden die einzelnen Farbwerte einer digitalen Rastergrafik bezeichnet so wie die zur Erfassung oder Darstellung eines Farbwerts nötigen Flächenelemente bei einem Bildsensor beziehungsweise Bildschirm mit Rasteransteuerung . Ein Pixel ist somit ein adressierbares Element in einer Displayvorrichtung und weist zumindest eine Licht emittierende Vorrichtung auf. Ein Pixel hat eine bestimmte Größe und benachbarte Pixel sind durch einen definierten Abstand oder Pixelraum getrennt. Bei Displays, insbesondere m-Displays werden oftmals drei (oder im Fall von zusätzlicher Redundanz mehrere) Subpixel unterschiedlicher Farbe zu einem Pixel zusam mengefasst . „Planares Array"
Planares Array ist eine im Wesentlichen ebene Fläche. Sie ist oftmals glatt und ohne herausragende Strukturen. Rauigkeiten der Fläche sind im Regelfall nicht gewünscht und besitzen keine gewünschte Funktionalität. Bei einem planare Array handelt es sich zum Beispiel um ein monolithisches, planares Array mit mehreren optoelektronischen Bauelementen.
„Pulsbreitenmodulation"
Pulsbreitenmodulation oder auch PWM ist eine Modulationsart zur Ansteuerung eines Bauelements, hier insbesondere einer m-LED. Dabei steuert das PWM-Signal einen Schalter, der konfiguriert ist, einen Strom durch die jeweilige m-LED ein- und auszuschal ten, so dass die m-LED entweder Licht emittiert oder kein Licht emittiert. Mit der PWM stellt der Ausgang ein Rechteckwellen- signal mit einer festen Frequenz f bereit. Die relative Menge der Einschaltzeit gegenüber der Ausschaltzeit während jeder Pe riode T (=l/f) bestimmt die Helligkeit des Lichts, das von der m-LED emittiert wird. Je länger die Einschaltzeit, desto heller ist das Licht. „Quantenwell"
Unter einem Quantenwell oder Quantentopf versteht man einen Potentialverlauf in einer Bänderstruktur in einem oder mehreren Halbleitermaterialien, der die Bewegungsfreiheit eines Teil- chens in einer Raumdimension einschränkt (üblicherweise in z- Richtung) . Dadurch kann von Ladungsträgern nur eine planare Region (x, y-Ebene) besetzt werden. Die Breite des Quantentopfes bestimmt maßgeblich die quantenmechanischen Zustände, die die Teilchen einnehmen können und führt zur Ausbildung von Energi- eniveaus (Sub-Bändern) , d.h., das Teilchen kann nur diskrete
(potentielle) Energiewerte annehmen.
„Rekombination"
Generell unterscheidet man zwischen strahlender und nicht strah- lender Rekombination. Bei letzterer wird ein Photon erzeugt, welches ein Bauelement verlassen kann. Eine nichtstrahlende Re kombination führt zur Erzeugung von Phononen, welche ein Bau element erwärmen. Das Verhältnis von strahlender zu nichtstrah lender Rekombination ist eine relevante Kenngröße und ist unter anderem auch von der Größe des Bauelements abhängig. Generell gilt, dass je kleiner das Bauelement wird, desto kleiner auch das Verhältnis wird, die nichtstrahlende Rekombination im Ver hältnis zur strahlender Rekombination daher zunimmt. „Refreshzeit"
Refreshzeit ist die Zeit, nach der eine Zelle eines Displays oder ähnliches erneut beschrieben werden muss, damit diese die Information entweder nicht verliert oder die Auffrischung durch äußere Umstände vorgegeben ist.
„Rohchip" oder „Lichtemittierender Körper"
Ein lichtemittierender Körper oder auch Rohchip ist eine nach einer Herstellung auf einem Wafer von diesem herausgetrennte Halbleiterstruktur, die nach einer elektrischen Kontaktierung im Betrieb zur Erzeugung von Licht geeignet ist. Ein Rohchip in diesem Zusammenhang ist somit eine Halbleiterstruktur, die eine aktive Schicht zur Lichterzeugung enthält. Der Rohchip wird nach einer Kontaktierung meist vereinzelt, kann aber auch in Form von Arrays weiterverarbeitet werden.
„Schlitzantenne"
Eine Schlitzantenne ist eine spezielle Art von Antenne bei der anstatt eine metallische Struktur im Raum von Luft (als Nicht leiter) zu umgeben eine Unterbrechung einer metallischen Struk- tur (z. B. einer Metallplatte, eines Hohlleiters usw. ) vorge sehen ist. Diese Unterbrechung bewirkt eine Emission einer elektromagnetischen Welle, deren Wellenlänge von der Geometrie der Unterbrechung abhängt. Oft folgt die Unterbrechung dem Prin zip des Dipols, kann aber auch theoretisch jede andere Geometrie besitzen. Eine Schlitzantenne umfasst somit eine metallische Struktur mit einem Hohlraumresonator, der eine Länge in der Größenordnung der Größe von Wellenlängen sichtbaren Lichts auf weist. Die metallische Struktur kann in einem Isoliermaterial angeordnet, oder von diesem umgeben sein. Gewöhnlich ist die metallische Struktur zur Einstellung eines bestimmten Potenti als geerdet.
„Sichtfeld"
Sichtfeld (englisch field of view, FOV) bezeichnet den Bereich im Bildwinkel eines optischen Geräts, eines Sonnensensors, der Bildfläche einer Kamera (Film oder Aufnahmesensor) oder eines Durchsichtdisplays, innerhalb dessen Ereignisse oder Verände rungen wahrgenommen und aufgezeichnet werden können. Ein Sicht feld ist insbesondere ein Bereich, der von einem Menschen ohne Bewegung der Augen sichtbar ist. Mit Bezug zu erweiterter Rea lität und einem scheinbaren Objekt, das vor dem Auge angeordnet ist, umfasst das Sichtfeld den Bereich, der als eine Gradzahl des Sichtwinkels während einer stabilen Fixierung des Auges angegeben ist. „Subpixel"
Ein Subpixel (etwa „Teilbildpunkt") beschreibt die innere Struk tur eines Pixels. In aller Regel ist mit dem Begriff Subpixel eine höhere Auflösung verbunden als man aufgrund eines einzelnen Pixels erwarten kann. Auch kann ein Pixel aus mehreren kleineren Subpixeln bestehen, die jeweils eine Einzelfarbe abstrahlen. Aus der Mischung der einzelnen Subpixel entsteht der farbliche Gesamteindruck eines Pixels. Ein Subpixel ist somit die kleinste adressierbare Einheit in einer Displayvorrichtung. Ebenso um- fasst ein Subpixel eine bestimmte Größe, die kleiner als die Größe des Pixels ist, dem das Subpixel zugeordnet ist.
„Vertikale Leuchtdiode"
Im Gegensatz zur horizontalen LED liegt bei einer vertikalen LED jeweils ein elektrischer Anschluss auf der Vorderseite und ein elektrischer Anschluss auf der Rückseite der LED. Eine der beiden Seiten bildet auch die Lichtaustrittsfläche. Vertikale Leuchtdioden weisen somit Kontakte auf, die zu zwei einander gegenüberliegenden Haupt-Oberflächenseiten hin ausgebildet sind. Entsprechend ist es notwendig ein elektrisch leitfähiges aber dennoch transparentes Material abzuscheiden, damit einer seits die elektrische Kontaktierung gewährleistet ist und an dererseits Licht hindurchtreten kann. „Virtual Reality"
Als virtuelle Realität, kurz VR, wird die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physika lischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung bezeichnet. Eine virtuelle Re- alität kann vollständig die reale Umwelt einer Bedienperson durch eine vollständig simulierte Umwelt ersetzen. In den folgenden Abschnitten werden nun verschiedene Aspekte zu m-LED-Halbleiterstrukturen erläutert. Dazu gehören unter ande rem Strukturen und Materialsysteme zur Lichterzeugung. Diese Aspekte betreffen jedoch auch Gesichtspunkte zur Prozessierung .
Ein wesentlicher Aspekt, sowohl im Bereich der Augmented Reality als auch in Automotiveanzeigen oder anderen Displayanordnungen mit m-LEDs ist der Aspekt, dass benachbarte m-LEDs einer Anord nung auch als m-Display oder m-Array so beabstandet sind, dass das menschliche Auge die einzelnen m-LEDs in dieser Anordnung nicht auflösen bzw. erkennen kann. Insbesondere können einzelne Zeilen oder Spalten einer zeilenweisen bzw. spaltenweisen An ordnung von m-LEDs vom menschlichen Auge nicht aufgelöst bzw. erkannt werden. Dazu sind die Abstände zwischen den m-LEDs bzw. Pixeldichte und Pixelabstand des m-LED-Arrays auch an den Ab stand des Betrachters vom m-LED-Array entsprechend angepasst, so dass das Auge eines Betrachters die einzelnen m-LEDs des m- LED-Arrays in der jeweiligen Anwendung nicht auflösen kann. m-LED-Arrays haben gegenüber Arrays mit organischen LEDs (OLEDs) und Flüssigkristalldisplays (LCDs) die Vorteile eines ver gleichsweise geringen Energieverbrauchs und einer hohen Hellig keit von bis zu 106 Cd/m2. Außerdem ermöglichen m-LED-Arrays eine sehr hohe Pixeldichte von bis zu 5000 Pixel per Inch (PPI) und bei Verwendung in Displays eine sehr hohe Bildwiederholrate im Bereich von Nanosekunden . Zusätzlich besitzen m-LED-Arrays im Vergleich zu OLEDs und LCDs eine sehr hohe Lebensdauer und eine sehr gute Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen. Außerdem ermöglicht der Einsatz von m-LED-Arrays die Werte für den Kon- trastbereich und/oder für die Auflösung an gewünschte Werte dieser Parameter, beispielsweise in Abhängigkeit einer Appli kation, anzupassen. Ferner erlauben Arrays aus m-LEDs eine Anpassung der einer von den m-LEDs gebildeten Leuchtfläche an eine gewünschte Form an gepasst werden, damit ist die Anwendung nicht nur auf normale Displays beschränkt, sondern es können Arrays aus m-LEDs auch im Bereich Automotive eingesetzt werden, um beispielsweise ge krümmte Fläche als Displays oder Leuchtanordnung zu benutzen. Dabei kann die Fläche zum Anzeigen von Information als auch als einfachere Leuchtfläche zur Beleuchtung oder Ausleuchtung ver wendet werden.
Ein Aspekt beschäftigt sich mit der Erzeugung verschiedener Farben in monolithischen Displays. Bei einem monolithischen m- LED-Array kann jeder einzelne Pixel jeweils beispielsweise eine blaues Licht emittierende m-LED umfassen, wobei außerdem jede m-LED ein Konversionsmaterial aufweisen kann, um blaues Licht anteilig oder vollständig in Sekundärlicht zu konvertieren, das zusammen mit dem blauen Primärlicht ein Mischlicht beispiels weise weißes Licht, ergibt. Monolithische m-LED-Arrays ermög lichen Leuchtflächen mit hoher Leuchtdichte und können daher vorteilhaft in Kraftfahrzeugleuchten, beispielweise als Licht- quellen für Kraftfahrzeugscheinwerfer verwendet werden.
Nicht-monolithische m-Displays oder m-LED-Arrays ermöglichen hingegen die Nutzung von Zwischenräumen zwischen benachbarten Pixeln bzw. m-LEDs zur Anordnung von anderen Komponenten, bei- spielsweise von elektronischen Komponenten zum Betrieb der m- LEDs oder von Sensoren oder Detektoren. Nicht-monolithische m- LED-Arrays können beispielsweise vorteilhaft für Displays und für Displays mit integrierten Sensoren, insbesondere Touch screens, sowie für Bedienungselemente verwendet werden.
Einige Aspekte beziehen sich auf das Prinzip, das elektrisch leitende Strukturen Emission von elektrischer Strahlung bei ei ner dedizierten Frequenz erzwingen können. Dementsprechend wird hier ein Konzept vorgeschlagen, bei dem eine geschlitzte Anten- nenstruktur verwendet wird, um Emission von Licht zu induzieren und das Verhältnis von strahlende Rekombination zu einer nicht strahlenden Rekombination in einem aktiven Bereich eines Halb leiterelementes zu erhöhen. So verändert sich nämlich generell das Verhältnis zu Ungunsten einer strahlenden Rekombination bei kleiner werden m-LEDs, bzw. kleiner werdenden aktiven Bereichen.
Eine derartige Struktur würde neben einer Verbesserung des obi gen Verhältnisses zu weiteren Vorteilen führen, da die emit tierte Wellenlänge hauptsächlich von geometrischen Parametern der durch physikalische Eigenschaften der Umgebung angepassten geschlitzten Antenne abhängt. Folglich kann man durch Gebrauch verschiedener mechanischer Strukturen Licht verschiedener Farbe erzeugen. Weiterhin erlauben geschlitzte Antennenstrukturen eine gerichtete Lichtemission, was der Implementierung in An wendungen zugutekommen könnte, die starke Kollimierung erfor dern .
In einer Ausführung umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung eine elektrisch leitende Struktur. Die elektrisch leitende Struktur formt eine geschlitzte Antennenstruktur und weist eine obere Hauptoberfläche und eine gegenüber der oberen Hauptober flachen angeordnete und durch eine Schichtdicke getrennte un tere Hauptoberfläche auf. Eine Kavität ist innerhalb der elektrisch leitenden Struktur angeordnet. Die Kavität hat eine Breite und eine spezifische Länge, von der im weiteren die Wellenlänge des mit der Vorrichtung erzeugten Lichts abhängt. Die Breite ist kleiner als die entsprechende Länge der Kavität.
In einigen Varianten umfasst die geschlitzte Antennenstruktur eine Metallplatte einer bestimmten Dicke, die einen darin an gebrachten Schlitz oder eine Kavität aufweist. Ähnlich wie oben hat der Schlitz eine Breite und spezifische Länge. Die licht emittierende Vorrichtung umfasst auch einen Halbleiterschich tenstapel entlang einer ersten Hauptrichtung, der innerhalb ei ner Kavität angeordnet ist und sich zumindest über die obere Hauptoberfläche erstreckt. Der Halbleiterschichtenstapel kann eine LED Nanosäule sein und weist einen ersten elektrischen Kontakt auf, einen zweiten elektrischen Kontakt und einen ak tiven Bereich. In einigen Varianten kann der aktive Bereich des Halbleiterschichtenstapel zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt platziert sein. Der aktive Bereich des Halbleiterschich tenstapel kann durch einen einzelnen pn-Übergang sowie durch einen Quantenwell, Multiquantenwell oder Multiquantentopf oder jede Kombination aus diesen implementiert sein. Der Halbleiter- schichtenstapel kann eine Länge haben, die größer ist als seine entsprechende Breite. Zum Beispiel kann der Halbleiterschich tenstapel zumindest zweimal länger als breit sein. Er kann auch 5-mal oder bis zu 10-mal länger als breit sein. Um Licht festzulegen und die strahlende Rekombination über die nichtstrahlende Rekombination des Halbleiterschichtenstapels im Betrieb zu unterstützen, beruht die Länge der Kavität im We sentlichen auf n/2 einer Wellenlänge von im Betrieb zu emittie rendem Licht, wobei n eine natürliche Zahl ist. In dieser Hin- sicht ist anzumerken, dass verschiedene physikalische Parameter das Emissionsverhalten und die Mittelwellenlänge einer Emission verändern, so dass die aktuelle Länge der Kavität eventuell leicht anzupassen ist. Diese Parameter können in einem soge nannten Verkürzungsfaktor zusammengefasst werden, der gemessen und/oder aus den physikalischen Parametern errechnet werden kann. Zum Zweck dieser Anwendung wird der Verkürzungsfaktor berücksichtigt, wenn darauf hingewiesen wird, dass die Länge der Kavität im Wesentlichen auf n/2 einer Wellenlänge von im Betrieb emittierten Lichtes beruht.
In einigen Varianten weist die elektrisch leitende Struktur einen Abstand zwischen der oberen und der unteren Hauptoberflä che (als Dicke bezeichnet) auf, der größer als eine Dicke des aktiven Bereichs des Halbleiterschichtenstapels ist. Der aktive Bereich kann innerhalb der Kavität und besonders zwischen den von der oberen Hauptoberfläche und der unteren Hauptoberfläche definierten Level platziert sein. Eine derartige Ausgestaltung wird den aktiven Bereich in die Kavität platzieren, was die Voraussetzung der strahlenden Rekombination innerhalb des ak- tiven Bereichs unterstützt. Im Hinblick auf die Länge der Ka vität kann der Halbleiterschichtenstapel im Wesentlichen in der Mitte der Kavität angeordnet sein. Entsprechend ist das Zentrum des Halbleiterschichtenstapels im Wesentlichen bei halber Länge der Kavität angeordnet. In dieser Implementierung bilden der Halbleiterschichtenstapel und die geschlitzte Antenne eine Di pol-Struktur, in der die Hauptemissionswellenlänge durch unge fähr zweimal die durch den Verkürzungsfaktor angepasste Kavi tätslänge gegeben ist. In einigen anderen Implementierungen wird der Halbleiterschich tenstapel in Richtung des Endabschnitts der Kavität platziert sein, zum Beispiel an einer Kante der Kavitätslänge. In noch einer anderen Implementierung kann die lichtemittierende Vor richtung zwei wie hier beschriebene an den jeweiligen Enden der Kavität angeordnete Halbleiterschichtenstapel aufweisen.
Der Halbleiterschichtenstapel kann sich über die elektrisch leitende Struktur hinaus erstrecken. Daraus ergibt sich, dass die ersten und zweiten elektrischen Kontakte des Halbleiter- Schichtenstapels dabei auch über der oberen Hauptoberfläche o- der entsprechend unter der unteren Hauptoberfläche angebracht sind, entsprechend kann der Halbleiterschichtenstapel ein so genannter vertikaler Schichtenstapel sein. Abhängig von der An wendung kann der erste Kontakt ein p-Kontakt und der zweite Kontakt ein n-Kontakt oder umgekehrt sein. Den Halbleiterschich tenstapel außerhalb der Kavität zu kontaktieren kann die Imple mentierung vereinfachen und auch ungewünschte Effekte reduzie ren Eine Kavität zu bilden, um die Emission von sichtbarem Licht zu unterstützen erfordert eine Kavitätslänge im Bereich von eini gen hundert Nanometern. Da der Halbleiterschichtenstapel und der aktive Bereich in der Kavität platziert sein kann, sind ein Durchmesser der Grundfläche des Halbleiterschichtenstapel und des aktiven Bereiches im Besonderen kleiner als eine von der Vorrichtung im Betrieb emittierte Wellenlänge. Der Schlitz solle generell länger als breit sein. In einigen Aspekten kann das Verhältnis aus Länge zur Breite zwischen 30:1 bis 5:1, insbe- sondere zwischen 15:1 und 5:1 liegen. Wenn das Verhältnis klei ner als 5:1, aber auch bei anderen Verhältnissen, kann eine reflektierende aber isolierte Schicht entlang der Seitenwand des Halbleiterschichtenstapel vorgesehen sein, so dass Licht mit einer senkrechten Komponente zur Länge der Kavität reflek- tiert wird. Dadurch wird Licht unterdrückt, das sich senkrecht zur Länge der Kavität ausbreiten will.
In einigen Varianten erstreckt sich die Kavität durch die elektrisch leitende Struktur und bildet dabei einen Schlitz. Der Schlitz hat eine rechtwinklige Form kann aber aufgrund des Herstellungsverfahrens auch runde Kanten an seinem Endabschnitt aufweisen. In einigen anderen Varianten ist die Kavität mehr eine Aussparung, wobei ein Durchgangsloch an der Stelle plat ziert ist, an der der Halbleiterschichtenstapel angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Kavität teilweise an der unteren Hauptoberfläche geschlossen mit Ausnahme des Loches, in dem der Stapel angeordnet ist und sich durch die elektrisch leitende Struktur erstreckt. In einigen Aspekten kann der Schlitz auch eine rechtwinklige Form aufweisen, wobei der Halbleiterschichtenstapel in dem ge meinsamen Eckpunkt der beiden Teilschlitze angeordnet ist.
Ein anderer Aspekt bezieht sich auf das Isolieren der elektrisch leitenden Struktur und das Trennen der Struktur von dem Stapel. Eine transparente isolierende Schicht ist zumindest auf die obere Hauptoberfläche der elektrisch leitenden Struktur aufge bracht. Ein Kontakt des Halbleiterschichtenstapels ist jedoch nicht bedeckt von dem isolierenden Material, sondern erstreckt sich entweder über das isolierende Material oder erreicht ein Level der Oberfläche des isolierenden Materials gegenüber der elektrisch leitenden Struktur. In dieser Implementierung weist die lichtemittierende Vorrichtung auch eine auf der transparen ten isolierenden Schicht aufgebrachte und mit dem ersten elektrischen Kontakt in Kontakt stehende Kontaktschicht auf. Die Kontaktschicht kann auch isoliert sein durch eine andere Schicht, die auf der Kontaktschicht aufgebracht ist. Diese Schicht (oder die Kontaktschicht) kann strukturiert sein, um die Emissionscharakteristik der Vorrichtung zu verbessern. Ab gesehen vom Beschichten oder Aufrauhung der Oberfläche, um das Auskoppeln von Licht zu erhöhen, können periodische Strukturen wie photonische Kristalle und dergleichen auf der oberen Ober fläche angeordnet werden. Weitere Optiken wie Mikrolinsen und dergleichen können benutzt werden.
In einigen anderen Aspekten bedeckt eine transparente isolie rende Schicht auch die untere Hauptoberfläche, wobei der andere Kontakt des Halbleiterschichtenstapels und die transparente isolierende Schicht, dadurch, dass sie die untere Hauptoberflä che bedecken, im Wesentlichen eine flache Oberfläche bilden. Die elektrisch leitende Struktur ist jedoch nicht komplett durch eine isolierende Schicht bedeckt, da die Struktur mit einem Referenzpotential verbunden sein sollte, um als eine geschlitzte Antenne zu fungieren. Daher weist die elektrisch leitende Struk tur auch zumindest einen Kontakt auf. In diesem Zusammenhang kann die elektrisch leitende Struktur das gleiche Potential wie ein Anschluss des Halbleiterschichtenstapels aufweisen. Der Schichtenstapel wäre dann an die elektrisch leitende Struktur angeschlossen. Es ist aber auch möglich demgegenüber ein anderes Potenzial der elektrisch leitenden Struktur einzuprägen. Das von solch einer Vorrichtung emittierte Licht kann ein brei tes Spektrum aufweisen, das heißt, dass das Emissionsspektrum zentriert ist auf einer zentralen Wellenlänge (wie oben erwähnt) während es auch andere Frequenzanteile beinhaltet. Auch ist das Spektrum von emittierten Licht verbreitert, das von Elementen mit nominell gleicher Kavität stammt. Um das Spektrum zu redu zieren und Licht einer speziellen Mittenwelle mit einem schmalen Spektrum zu liefern, kann ein Farbfilter über der der Emissi onsoberfläche entsprechenden oberen Hauptoberfläche angeordnet sein. Der Filter könnte ein schmaler Farbbandpass sein. In ei nigen Varianten kann ein Konverter über der oberen Hauptober fläche angeordnet sein, um Licht von einer ersten Wellenlänge zu einer Farbe einer zweiten längeren Wellenlänge zu konvertie ren. Einen Konverter zu benutzen versetzt die lichtemittierende Vorrichtung in die Lage, für eine gegebene Wellenlänge optimiert zu sein und dann das Licht zu einer anderen gewünschten Wellen länge zu konvertieren.
Ein anderer Aspekt betrifft die Implementierung einer Vielzahl von solchen lichtemittierenden Vorrichtungen, im Besonderen zur Herstellung eines m-LED Displays zusammen mit geeigneter Trei ber- und Steuerschaltungen. Solch eine Anordnung weist zumin dest zwei wie vorher beschriebene lichtemittierende Vorrichtun gen auf. Die zumindest zwei Vorrichtungen können sich nun eine gemeinsame elektrisch leitende Struktur teilen. In der gemein samen elektrisch leitenden Struktur können einige Kavitäten an geordnet sein, wobei jede von diesen zu einer entsprechenden lichtemittierenden Vorrichtung gehört. Zusätzlich oder als Al ternative kann die m-LED Anordnung auch eine gemeinsame trans- parente isolierende Schicht aufweisen, die zumindest auf der oberen Hauptoberfläche der elektrisch leitenden Struktur auf gebracht ist. Wenn die elektrisch leitende Struktur eine sepa rate für jede lichtemittierende Vorrichtung ist, kann die iso lierende Schicht auch die Zwischenräume zwischen den leitenden Strukturen jeder Vorrichtung füllen. In einigen Varianten kann ein gemeinsamer über zumindest zwei lichtemittierende Vorrichtungen aufgebrachter Filter oder an dere Struktur zur Verfügung gestellt werden. Dieses wird einige Redundanz in Falle von Beschädigung von einer lichtemittieren- den Vorrichtung liefern und auch die Komplexität der Implemen tierung reduzieren, weil der Farbfilter nun über einen größeren Bereich (verglichen mit einer Anwendung nur über einen Stapel und eine Kavität) angewendet werden kann. Um die lichtemittierenden Vorrichtungen separat zu steuern, ist zumindest einer der Kontakttypen, entweder der p-Kontakt oder der n-Kontakt, nicht miteinander verbunden, so dass die licht emittierenden Vorrichtungen separate adressiert und gesteuert werden können.
In einer m-LED Anordnung nach der oben genannten Art können einige lichtemittierende Vorrichtungen einen Farbfilter aufwei sen, um die Farbe der entsprechenden lichtemittierenden Vor richtung zu setzen. Diese Farbfilter können verschieden Eigen- schäften haben. Zum Beispiel kann ein Farbfilter von den zumin dest zwei lichtemittierenden Vorrichtungen eine verschiedene Bandpass- oder Filtercharakteristik in Bezug auf einen Farbfil ter von dem anderen der zwei lichtemittierenden Vorrichtungen haben. Daher können verschiedene Farben erzielt werden. Dies kann nützlich sein, wenn die lichtemittierenden Vorrichtungen ein sehr breites Emissionsspektrum haben, das zwei oder mehr Bereiche von Interesse überspannt. Zum Beispiel können die lichtemittierenden Vorrichtungen ein Emissionsspektrum haben, das grüne und blaue Anteile überdeckt. Entsprechende Farbfilter können benutzt werden, um den ungewollten Anteil des Spektrums zu Filtern. Eine ähnliche Lösung wird präsentiert, wenn licht emittierende Vorrichtungen jeweils einen Konverter aufweisen.
Ein Konverter von einem der zumindest zwei lichtemittierenden Vorrichtungen kann verschieden sein von einem Konverter des anderen der zumindest zwei lichtemittierenden Vorrichtungen. Damit können mit Kavitäten gleicher Länge unterschiedliche Far ben erzielt werden, Pixel lassen sich so einfach aus 3 oder 6 oder 9 Subpixeln gleicher Kavität aufbauen, wobei entsprechende Konverter über den Kavitäten angeordnet sind. Jeder so herge stellte Pixel kann sich dann die gleiche elektrisch leitfähige Struktur teilen.
Neben der oben beschriebenen Form einer m-LED sind auch weitere Ausgestaltung denkbar. Zumeist besitzen diese eine Fläche, die zur Lichterzeugung geeignet ist. Derartige Leuchtdioden werden dann zusammengefasst und RGB Module daraus gefertigt. Dies be trifft nicht nur Ausgestaltungen größerer LEDs, sondern auch Module mit kleinen Bauteilen. Für Module mit sehr kleinen Leuchtdioden im Bereich der m-LEDs kann jedoch eine Herstellung einzelner und Transfer derartiger m-LEDs mit einem sehr hohen Aufwand verbunden sein.
Monolithische m-LEDs, d.h. m-LEDs, die gemeinsam auf einem Trä- ger in Spalten und Reihen gewachsen werden, bieten daher die Möglichkeit, m-Display Module ohne einen Bauteiltransfer von m- LEDs fertigen zu können.
Für einige Anwendungen müssen derartige m-LEDs jedoch zu Abgabe unterschiedlicher Farbe ausgestaltet sein. Dabei bilden m-LEDs, die Licht im blauen, grünen und roten Spektrum abstrahlen, je weils ein m-Pixel . Drei oder im Redundanzfall mehrerer solcher m-Pixel bilden ein Pixel. Um nun ein RGB m-Display oder ent sprechende Module zu erzeugen können m-LEDs mit unterschiedli- chen Materialsystemen gefertigt werden, die im Betrieb farbiges Licht abstrahlen. Eine monolithische Ausgestaltung wird dadurch erschwert .
Eine andere Herangehensweise beschreiben die folgenden Aspekte und vorgestellte Verfahren. So wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer m-LED-Anordnung eines Pixels vorgeschlagen, Paare von beschichteten Materialvolumina in Form eines Polyeders oder eines Prismas an einem Wachstumsträger auszubilden. Unter dem Begriff Materialvolumina wird ein Halbleiterkörper verstan- den, der auf einer Oberfläche eines Trägers erzeugt ist. Die beschichteten Materialvolumina werden mit einer aktiven Schicht ausgeführt, so dass diese zur Emission von Licht geeignet sind. Insofern können derartig beschichtete Materialvolumina aufgrund ihrer Größe auch als m-LED bezeichnet werden. In einem zweiten Schritt wird ein eines auf eine definierte Farbe abgestimmtes Konverter-Materials zwischen Materialvolumina eines Paares ein gebracht. Diese Farben können beispielsweise rot und grün sein. In einigen Aspekten kann das Materialvolumen, bzw. die so her gestellte m-LED zur Emission von Licht blauer Farbe ausgeführt werden, so dass hier ein Konverter zwischen zwei Materialvolu mina entfallen kann.
Mit insgesamt 4 solcher Barren von Materialvolumina bzw. m-LEDs ist somit die individuelle Erzeugung von blauem, grünem und roten Licht möglich. Das Konvertermaterial liegt jeweils zumin dest in der Mitte zwischen zwei Materialvolumina, die gleich zeitig elektrisch angesteuert werden können. In einigen Aspek ten erstreckt sich das Konvertermaterial auch teilweise auf die Oberfläche der Materialvolumina. Mit weiteren Materialvolumina lässt sich zudem eine Redundanz erzeugen, so dass auch bei Ausfall eines Volumens noch eine Emission von Licht der ge wünschten Wellenlänge möglich ist. Das Materialvolumen kann die Form eines länglich gestreckten Quaders oder eine Barrenform besitzen. Jedoch sind auch andere regelmäßige Polyeder, z.B. ein Parallelepiped, gerades Prisma oder ähnliche Formen wie Pyramidenstümpfe, Obelisken, Keile oder reguläre Polyeder denk bar .
Gemäß einem zweiten Aspekt wird weiterhin eine m-LED-Anordnung, insbesondere für ein Pixel vorgeschlagen, die Paare in Form eines Polyeders oder eines Prismas umfassender, beschichteter Materialvolumina auf einem Trägersubstrat aufweist. Zwischen einem Paar derartiger Materialienvolumina ist ein Konverter- Material eingebracht, welches Licht, das von den Materialvolu- mina abgestrahlt wird, in Licht einer weiteren Wellenlänge wan delt. Diese Konversion ist oftmals vollständig.
Für die Herstellung der Materialvolumina wird als erstes ein Kern in Form eines Barrens auf dem Trägersubstrat ausgebildet, und dieser epitaktisch mit mehreren Schichten überwachsen. Dazu werden geeignete Fotostrukturen verwendet. Als Materialsystem für den Kern und die einzelnen Schichten kommt ein III-V Halb leitersystem, beispielsweise auf GaN Basis in Frage. Da die Materialvolumina in der Geometrie durch epitaktisches Wachstum definiert werden, können auf einer sehr kleinen Fläche RGB- Pixel angeordnet werden. Die Konverteranordnung in der Kavität ermöglicht die Redundanz und eine einfache Herstellung mittels Jetting- oder Dispensing-Verfahren . Auf diese Weise lassen sich m-Display als RGB-Display basierend auf einer redundanten 3D- Barren-Anodnung erzeugen.
Ein elektrischer Anschluss ist ohne eine weitere Verdrahtungs technik möglich, insbesondere mittels Durchkontaktierungen, die durch den Träger gehen. Auf diese Weise können SMT- („surface mounted technology"; oberflächenbefestigte) Bauteile ausgebil det werden. Alternativ können die Materialvolumina auch mono lithisch mit im Träger vorhandenen Leitungsstrukturen gebildet werden . Wie oben bereits angedeutet, wird über einem Kern eine erste dotierte Schicht und eine zweite dotierte Schicht aufgebracht. Zwischen erste und zweiter Schicht ist eine aktive Schicht an geordnet. Letztere kann einen oder mehrere Quantenwellstruktu ren umfassen. Erste und/oder zweite Schicht umfassen darüber hinaus auch Stromaufweitungsschichten, Dotiergradienten oder weitere Maßnahmen enthalten, um einen möglichst geringen Wider stand und hohe Stromdichten an die aktive Schicht zu ermögli chen. Weitere Maßnahmen, unter anderem auch eine Stromeinschnü rung, um den Strom von den Kanten der Materialvolumina fernzu- halten sind in dieser Offenbarung beschrieben und können für die Herstellung der Materialvolumina verwendet werden. Dazu ge hören unter anderem Quantenwellintermixing und andere. Für je des Paar wird über eine Metallisierung eine elektrische Kontak tierung zu einem p-Kontaktbereich einem n-Kontaktbereich her- gestellt. In einigen Aspekten kann einer oder auch beide Berei che gemeinsam ausgeführt sein, d.h. die Materialvolumina teilen sich einen oder zwei gemeinsame Kontaktbereiche.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann auf dem Wachstumsträger eine Anwachsschicht ausgebildet werden, die von einer Maskie rung freie Bereiche aufweist, an die die Anzahl von Material volumina angewachsen werden kann. Gemäß einer weiteren Ausfüh rung kann die Anwachsschicht eine n-Dotierung und insbesondere GaN umfassen. Die Maskierung kann Si02 oder SiN umfassen. Die Anwachsschicht kann aus dem gleichen Material (z.B. GaN) aus gebildet sein wie der Kern des Materialvolumens, je nach Anwen dung auch dotiert.
Gemäß einer weiteren Ausführung können die Materialvolumina mit deren Längsachsen parallel zueinander und in zueinander glei cher Geometrie erzeugt werden. Gemäß einer weiteren Ausführung erfolgt ein Abscheiden von, insbesondere ein Lötmittel bereit stellenden, spiegelnden ersten Metallisierungen an den dem Wachstumsträger abgewandten Seiten der mit den aktiven und den weiteren Schichten bedeckten Materialvolumina, wobei damit, insbesondere streifenförmige, p-Kontakte ausgebildet werden können. Nach weiteren Aspekten wird eine Lötmittel-Metallisie rungsschicht an einer Hauptoberfläche eines flächigen Trägers abgeschieden, wobei die Lötmittel-Metallisierungsschicht an den p-Kontakten ausbildenden ersten Metallisierungen der Material volumina angeschlossen, insbesondere gebondet, werden können.
Die Anwachsschicht wird bei einigen Ausführungen bereichsweise entfernt, insbesondere jeweils mittels Ätzen (RIE (Reaktives Ionen Ätzen) oder ICP (Induktiv gekoppeltes Plasma Ätzen) aus geführt werden. Auf den so freiliegenden Bereichen des Wachstums wird eine Passivierung abgeschieden, die die Oberflächen der freiliegenden Bereiche vollständig bedecken kann. Dabei werden entweder Bereiche ausgespart, oder die Passivierung nochmals geöffnet. Letzteres Öffnen erfolgt bei einigen Aspekten entlang den Längsachsen der Materialvolumina an deren dem Träger abge wandten Oberflächen. Dann werden darauf streifenförmige, n-Kon- takte ausbildende zweite Metallisierungen an den offengelegten Bereichen der Materialvolumina aufgebracht.
Je nach Ausführung werden auch zumindest einige der Seitenwände, die passiviert worden sind, mit einer Metallisierung überzogen. Diese wird reflektierend, so dass Licht von dort zurückgeworfen wird. Bei zwei einander benachbarten beschichteten Materialvo lumina können diese Seitenwandspiegel-Metallisierungen abwech selnd voneinander abgewandt und zueinander zugewandt erzeugt werden. In derartigen Ausgestaltungen ist vorgesehen, bei zwei einander benachbarten beschichteten Materialvolumina, bei denen die Seitenwandspiegel-Metallisierungen voneinander abgewandt erzeugt sind, den freien Zwischenraum mit einem Konvertermate rial aufzufüllen.
An und entlang der Passivierungsschicht von den n-Kontakten, den Seitenwandspiegel-Metallisierungen und als dritte Metalli sierungen abgeschiedene metallischen Zwischenverbindungen eine elektrische Verbindung zu, insbesondere streifenförmigen, als vierte Metallisierungen abgeschiedenen n-Kontaktbereichen aus gebildet werden. Diese können auf der gleichen Seite des Trägers sein. Alternativ sind Durchkontaktierungen vorgesehen, Kontakt bereiche auf einer den Metallvolumina abgewandten Seite kontak tieren. Die Durchkontaktierungen sind mittels einer Passivie rungsschicht zu der Lötmittel-Metallisierungsschicht und dem Träger elektrisch isoliert. Natürlich lassen sich p und n Be reiche auch vertauschen.
Gemäß einer weiteren Ausführung können die p-Kontakt-Durchkon- taktierungen im Bereich eines jeweiligen Konverter-Materials ausgebildet werden. Als Metallisierungen lässt sich Al oder Ag oder andere geeignete Materialien verwenden.
Wird die Länge der Barrenreduziert, so gelangt man zu sogenann ten m-Rods . Diese sind als Säulen aufgebaut und beinhalten ebenso eine aktive Schicht, die sich entlang der Längsachse über die Oberfläche erstreckt und so im Betrieb grundsätzlich Licht in alle Richtungen abstrahlt. Derartige m-Rods können mittels Selbstorganisation oder Orientierungsabhängiges Kristallwachs tum mehrfach auf einem Träger erzeugt werden. Die recht kleinen Strukturen erlauben es, m-LEDs insbesondere für m-Displays zu fertigen, wobei lediglich epitaktische Prozessparameter geän dert werden müssen. m-Rods der genannten Art zeigen räumliche Abmessungen im Bereich weniger im [pm] - bis einschließlich hin unter in den Nanometer-Bereich vorgesehen sind.
Da das durch m-Rods erzeugte Licht im Wesentlichen in alle Raumrichtungen abstrahlt, ist der Lichtanteil, der direkt nach oben abgestrahlt wird, wegen der geringen Grundfläche eher klein. Daher kann vorgesehen sein, die m-Rods mit einer der weiter unten offenbarten reflektierenden Struktur zu umgeben. Das m-Rod wird so in einer Art Kavität angeordnet, wobei die Wände dieser Kavität abgeschrägt und reflektierend ausgebildet sind. Ebenso kann in einigen Aspekten, die weiter unten offen barte Deckelektrode vorgesehen sein. Eine andere Möglichkeit wird wie folgt beschrieben. Dieser liegt das Prinzip zugrunde die m-Rods zu vereinzeln und dann parallel zu einem Substrat auszurichten und zu kontaktieren. Es werden so horizontal ausgerichtete m-Rods geschaffen, die jeweils ein Subpixel bilden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein elektronisches Bauelement, und insbesondere eine m-LED vorgeschlagen, bei der ein im We sentlichen parallel zu einem Träger verlaufender m-Rod an einen Träger angeschlossen wird. Zu diesem Zweck weist der m-Rod einen länglichen Kern mit einer ersten Dotierung auf, wobei der Kern nach außen von einer Schichtfolge von einem ersten Längsende bis zu einem von der Schichtfolge freien zweiten Längsende be schichtet ist. Die Schichtenfolge umfasst dabei auch eine aktive Schicht, die in einigen Aspekten Quantenwellstrukturen oder ähnliches umfassen kann. Zudem können eine spezielle Dotierung oder anderen Maßnahmen wie in dieser Anmeldung offenbart, um einen Strom auf defektarme Bereiche der aktiven Schicht zu be schränken. Der m-Rod ist an dem ersten Längsende mittels der Schichtfolge und eines ersten Kontakts an einen ersten Kontakt bereich des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossen, und an dem zweiten Längsende mittels des Kerns und eines zweiten Kontakts an einen zweiten Kontaktbereich des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossen. Schließlich ist die Schichtfolge mittels einer Maskierung zu dem zweiten Kontakt elektrisch iso liert ist. Damit wird der m-Rod länglich und im Wesentlichen parallel zum Träger angeordnet. Obwohl damit der Platzverbrauch ansteigt, so erlaubt diese Konstruktion dennoch eine hohe Licht ausbeute bei gleichzeitig kleinem Storm zu erreichen.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektro nischen Bauelementes, und einer auf einem Träger elektrisch verbundenen m-LED wird in einem ersten Schritt ein m-Rod er zeugt, der an seinem ersten Ende und an seinem zweiten ende kontaktierbar ist, wobei die Enden jeweils unterschiedlich do tierte Schichten kontaktieren. Diese Erzeugung kann in wesent lichen Schritten durch epitaktische Materialabscheidung erfol gen. Der m-Rod weist somit einen länglichen Kern mit einer ersten Dotierung auf, wobei der Kern nach außen von einer oder mehreren Schichtfolgen von einem ersten Längsende bis zu einem von der Schichtfolge freien zweiten Längsende, insbesondere epitaktisch, gewachsen wurde. Der so erzeugte m-Rod wird dann entlang eines Trägers im We sentlichen parallel zu diesem angeordnet wird. An seinem ersten Längsende wird die einen ersten Kontakt aufweisende Schichtfolge an einen ersten Kontaktbereich des Trägers elektrisch und me chanisch angeschlossen. An dem zweiten Längsende wird der Kern mittels eines zweiten Kontakts an einen zweiten Kontaktbereich des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossen. Hierbei ist die Schichtfolge mittels einer Isolationsschicht zu dem zweiten Kontakt elektrisch isoliert. Die hohe Flexibilität bei der Herstellung der m-Rods erlaubt es, ihre Lichtemission auf einen gewünschten Wellenlängenbe reich oder eine gewünschte Wellenlänge einzustellen. In einigen Aspekten ist die Geometrie eines m-Rods für eine von Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgebildet. Die Geometrie kann neben unterschiedlichen Längen bzw. Durchmessern des m-Rods auch un terschiedliche Dicken der einzelnen Schichten aufweisen. Mit unterschiedlichen Durchmessern können m-Rods gefertigt werden, die im Betrieb Licht unterschiedlicher Wellenlänge abstrahlen. In der aktiven Schicht können Quantenwells oder Quantentöpfe vorgesehen sein. Der m-Rods kann beispielsweise als Polyeder, Prisma, Pyramide oder Keil entlang der Längsachse ausgebildet sein. Er kann im Querschnitt vier, oder auch sechs Ecken umfas sen. Der m-Rod kann in einigen Aspekten von einem zusätzlichen Konvertermaterial oder im weiter prozessierten Zustand von die sem bedeckt sein, so dass abgestrahltes Licht konvertiert wird. Wenn der m-Rod entlang seiner Längsachse parallel auf dem Trä ger, kann es in einigen Aspekten zweckmäßig zwischen Träger und m-Rod eine reflektierende Schicht anzubringen. In diesem Zusam menhang sei auf Ausführungen an anderer Stelle verweisen, bei der ein Träger eine eine m-LED umlaufende Reflektorstruktur aufweist, so dass Licht von der innerhalb angeordnetes m-LED durch die Reflektorstruktur umgelenkt wird. Eine derartige Re flektorstruktur kann auch um Gruppen von oder jeden auf dem Träger angeordneten m-Rod angeordnet werden.
In einem Aspekt werden drei eine Gruppe bildenden m-Rods auf dem Träger parallel angeordnet und mit den Kontaktbereichen des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossene verbunden. Die m-Rods könne jeweils für die Emission von rotem, grünen bzw. blauem Licht ausgestaltet sein. Diese bilden somit ein Pixel. Mehrere solcher Anordnungen können in Reihen und Spalten vor gesehen werden, um ein m-Display zu formen. Wie oben erwähnt können die Durchmesser der m-Rods für rotes, grünes und blaues Licht unterschiedlich sein. Die m-Rods sind so unterschiedlich groß. Durch eine Permutation der m-Rods bei mehreren Pixeln lassen sich visuelle Artefakte wegen der Periodizität verrin gern .
Einige Aspekte beschäftigen sich mit der Herstellung und Erzeu- gung der Kontakte. So kann der erste Kontakt, insbesondere eines p-Kontaktes, an dem der Isolationsschicht abgewandten ersten Längsende eines jeweiligen m-Rods auf verschiedene Arten aus geführt werden. Dazu gehört ein epitaktisches Wachstum, insbe sondere mittels eines mittels Sauerstoff-Plasma-Ätzen foto- strukturierten Seedlayers . Ebenso kann der Kontakt durch Sput- terns gebildet werden. An dem ersten Kontakt wird in einigen Aspekten mindestens eine Kontaktebene als Kontaktfläche zum ersten Kontaktbereich des Trägers ausgebildet. In ähnlicher Weise wird der zweite Kontakt erzeugt. Wie bei den m-Rods schon kurz angedeutet, können diese durch eine gewisse Selbstorganisation erzeugt werden. Dabei wird die Kristallorientierung ausgenutzt, um ein gerichtetes Kristall wachstum zu erzeugen. Sind dreidimensionale, lichtemittierende Heterostrukturen für optoelektronische Halbleiteranordnungen, z.B. m-LEDs besonders kleinbauend angelegt ist, ist die kon trollierte 3D-Formgestaltung und die Herstellung spannungs freier aktiver Schichten mit zueinander in Winkelstellung ste henden Flächenabschnitten schwierig. Für m-LED mit Nitriden wie GaN aufgewachsen auf Saphir mit einer InxGai-xN-Quantentöpfe um fassenden aktiven Schicht wurde bereits vorgeschlagen, diese in Form eines Dreiecksprofils senkrecht zur <ll-00> oder <112-0> Richtung herzustellen oder die Form einer Hexagonalpyramide an zunehmen. Für GaN-basierte Halbleiterstrukturen wird für das laterale epitaktische Überwachsen eine Maske mit hexagonalen Öffnungen verwendet, die zur <ll-00>- oder <112-0>-Richtung von GaN ausgerichtet ist. Bei AlInGaP-basierten Halbleiterstruktu ren auf GaAs ist vorgeschlagen, die Orientierung gegenüberlie gender Ecken der Hexagonalöffnungen der Maske mit einem Win- kelfehler kleiner als 10° zur <110> Richtung von (001) n-GaAs anzulegen. Für ZnSe-basierte Halbleiterstrukturen soll der Win kelfehler kleiner als 15° zur <112> Richtung von (111) n-GaAs als Epitaxiesubstrat betragen. Diese verwendeten Herangehens weisen sind jedoch für sehr kleine Strukturen insbesondere im Bereich kleiner 70pm Kantenlänge nicht oder nur eingeschränkt nutzbar .
Die im folgenden offenbarten Verfahren erlauben auch kleine m- LEDs bzw. optoelektronische Halbleiteranordnungen anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad im Hinblick auf das Verhältnis von Lichtstrom und aufgenommener elektrischer Leistung aufweist. Entsprechend kann eine derartige m-LED in monolithischer Form oder auch als einzelne Pixel Teil eines m-Displays bilden. Ausgangspunkt des hier vorgeschlagenen Konzeptes ist eine opto elektronische Halbleiteranordnung umfassend eine dreidimensio nale lichtemittierende Heterostruktur mit einer ersten leitfä higen Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zwei- ten leitfähigen Halbleiterschicht, wobei die erste und die zweite leitfähige Halbleiterschicht unterschiedliche Dotierun gen aufweisen. Nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst die lichtemittierende Heterostruktur Aluminiumgalliumarsenid (AlxGai-xAs) und/oder Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphidarsenid und ist durch
Aufwachsen auf einer Formschicht dreidimensional ausgebildet. Die Formschicht umfasst eine {110} orientierte Seitenfläche. Optional kann eine flache Topfläche {111} vorgesehen sein. Für eine hohe Konversionsrate und insbesondere um die nichtstrah- lenden Rekombinationen an den Kanten einer lichtemittierenden Heterostruktur mit [pm] -Abmessungen zu verringern, ist die Aus bildung einer spannungsfreien, dreidimensionalen Schichtstruk tur mit geringen Gitterfehlern notwendig. Dabei wurde erkannt, dass die Formschicht, die die Unterlage für die Herstellung der dreidimensionalen lichtemittierende Heterostruktur bildet, se lektiv epitaktisch auf einem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesub strat abgeschiedenen werden sollte.
Vorliegend wird unter einem Galliumarsenid (lll)B Epitaxiesub- strat ein Trägersubstrat für die selektive Epitaxie verstanden, das aus Galliumarsenid mit einer für das epitaktische Aufwachsen verwendeten, (111) orientierten Oberfläche gemäß der Miller- Indizierung besteht, wobei die Terminierung der Oberflächen ebene durch Arsenatome gebildet wird. Das Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat kann dotiert oder undotiert verwendet werden. Im Vergleich zu Galliumarsenid (lll)A mit einer Galliumtermi nierung wird eine verbesserte Steuerbarkeit der selektiven Epi taxie erreicht, die auf eine höhere Volatilität der Arsenatome zurückgeführt wird. Es wird erwartet, dass aufgrund der Arsen- terminierung von Galliumarsenid (111) B eine hinreichende Anzahl von gleichmäßig verteilten As-Fehlstellen vorliegt, die die Nukleation verbessert, sodass die initiale Phase der epitakti schen Schichtbildung vorteilhaft durch extern einstellbare Epi taxie-Prozessparameter, wie die Temperatur und die Zufuhr der Ausgangsmaterialien, kontrolliert werden kann.
Für die selektiv epitaktisch auf dem Galliumarsenid (lll)B Epi taxiesubstrat aufgewachsene Formschicht wird als Material be vorzugt Galliumarsenid und/oder Aluminiumgalliumarsenid und/o- der Aluminiumgalliumindiumphosphid verwendet. Dabei kann das Material der Formschicht undotiert, n-dotiert oder p-dotiert sein. Des Weiteren ist für einer Weitergestaltung vorgesehen, innerhalb oder auf der Formschicht ebenfalls epitaktisch ein Braggspiegelstapel mit einer Abfolge von SiOx- und SiNx-Lagen anzulegen.
Als Maske auf dem Galliumarsenid (lll)B Epitaxiesubstrat dient eine lithographisch strukturierte dielektrische Schicht, bei spielsweise aus SiOx, SiNx oder SiOxNy. Die Öffnungen in der Maske sind so gewählt, dass die Grundfläche der Formschicht bevorzugt eine Kantenlänge von 50 nm bis 100 pm aufweist. Bei einer Ausgestaltung unterstützt die Formgebung der Maskenstruk tur und deren Orientierung relativ zur Kristallrichtung des Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrats die Ausbildung wenigs- tens einer {110} orientierten Seitenfläche der Formschicht. In einigen Aspekten ist eine Formschicht in Gestalt einer dreisei tigen Pyramide, deren Seitenflächen mit (-1-10), (-10-1) und
(0-1-1) orientiert sind. Für eine weitere vorteilhafte Ausge staltung weist die Formschicht zusätzlich zu den Seitenflächen mit der Orientierung (-1-10), (-10-1) und (0-1-1) eine Deckflä che mit der Orientierung (-1-1-1) auf, sodass für ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Formschicht vorliegt, die als dreiseitiger Pyramidenstumpf angelegt ist. Das vorgeschlagene Verfahren führt zu einem präzisen epitaktisch gewachsenen Formkörper mit definierter Kontur und geringen kris tallinternen Verspannungen und einer reduzierten Anzahl von Gitterfehlern, auf dem die lichtemittierende Heterostruktur auf der Basis von Aluminiumgalliumarsenid (AlxGai-xAs) und/oder Alu- miniumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) epitaktisch aufgewachsen wird. Deren Dreidimensionalität vergrößert die Fläche der ak tiven Schicht und erlaubt eine verbesserte Lichtauskopplung für schichtparallel emittierte Photonen. Darüber hinaus führt die Erfindung zu einer Einfassung der Randbereiche der lichtemit tierenden Heterostruktur, bei der zumindest die aktive Schicht bis zu der als elektrischer Isolator wirkenden Maske für die selektive Epitaxie reichen kann. Die Maske kann hierbei SiOx, SiNx oder SiOxNy umfassen. Dadurch entsteht ohne den Einbau einer zusätzlichen Passivierung am Randbereich eine geschlossene lichtemittierende Heterostruktur, die die nichtstrahlende Re kombination verringert und so den Wirkungsgrad der Lichterzeu gung erhöht. Dieser Umrandungseffekt ergibt sich durch die auf die Maske zulaufende {110} orientierte Seitenfläche der Form- Schicht, die zumindest bis zum Maskenrand geführt ist. Mithin kann die Formschicht flach mit einer substratparallelen Deck schicht mit (111) Orientierung ausgebildet werden. Bevorzugt wird eine Formschicht mit einer Querausdehnung parallel zum Epitaxiesubstrat von kleiner als 20gm und einer vertikalen Aus- dehnung senkrecht zum Epitaxiesubstrat von kleiner als 5 gm. Zum Einstellen einer gewünschten Kontur kann die Formschicht nach dem selektiven epitaktischen Aufwachsen mittels einer nass chemischen Bearbeitung nachbearbeitet werden. Für eine bevor zugte Ausführung erfolgt die Konturierung der Formschicht aus- schließlich durch selektives epitaktisches Wachstum.
Mit der lichtemittierenden Heterostruktur auf der Basis von Aluminiumgalliumarsenid (AlxGai-xAs) und/oder Aluminiumindi- umgalliumphosphid (AlInGaP) können Wellenlängen im Bereich von 560 nm bis 1080 nm erzeugt werden. Zur Fertigstellung einer m- LED wird die optoelektronische Halbleiterstruktur durch Licht leit-, Kontakt- und Passivierungsschichten ergänzt. Dabei sind Ausführungen möglich, für die die Hauptabstrahlrichtung in Wachstumsrichtung des Schichtenstapels der Halbleiteranordnung oder entgegen der Wachstumsrichtung erfolgt. Ferner ist eine Lichtauskopplung auf der p- oder auf der n-Seite der lichtemit tierenden Heterostruktur möglich. Weitere Maßnahmen zur Licht führung, Kollimation oder auch Konvertierung in eine andere Farbe sind in dieser Anmeldung offenbart.
Für eine Variante mit einer Hauptabstrahlrichtung in Wachstums richtung des Schichtenstapels der lichtemittierenden Hete rostruktur liegt oberhalb dieser eine Schichtfolge mit einer transparenten Kontaktschicht für die zweite leitfähige Halb- leiterschicht, beispielsweise eine Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO) . Für eine mögliche Ausgestaltung wird die ITO-Schicht über die gesamte Oberseite der lichtemittierenden Heterostruktur ab geschieden. Ferner ist kann unterhalb der lichtemittierenden Heterostruktur ein Braggspiegelstapel (DBR) vorgesehen werden.
Die elektrische Kontaktierung der ersten leitfähigen Halb leiterschicht der lichtemittierenden Heterostruktur von unten erfolgt am einfachsten durch ein leitfähiges, mit der entspre chenden Dotierung angelegtes Galliumarsenid (111) B Epitaxiesub- strat und einer darauf selektiv epitaktisch aufgewachsenen und ebenfalls dotierten Formschicht.
Wird eine Matrixanordnung der lichtemittierenden Heterostruk turen parallel prozessiert, kann diese je nach verwendeter Pro- zessierung als Matrix für ein m-LED Display benutzt werden. Dabei werden die Strukturen monolithisch in Reihen und Spalten angeordnet erzeugt. Alternativ können die Heterostrukturen in Gruppen oder auch individuell durch ein Lasertrennverfahren oder ähnliches ver einzelt werden, ohne auf die an den Kanten durch die Maskie rungsschicht geschützten aktiven Schichten zu beschädigen. Sol- chermaßen separierte Lichtquellen können m-LEDs bilden, die ausgedehnte Kontaktflächen aufweisen und die im einfachsten Fall ohne separates Drahtbonden auf komplementäre Kontaktflächen ei nes IC-Chips aufgesetzt werden können. Für eine weitere Variante mit Hauptabstrahlrichtung in Wachs tumsrichtung ist die aktive Schicht mit Quantentöpfen lokal begrenzt und im Bereich der { 110 } -orientierten Seitenflächen oder einer (111) orientierten Deckfläche angelegt. Über den nicht emittierenden Abschnitten der Heterostruktur kann eine opake Metallisierung vorgesehen sein, die beispielsweise einen Ringkontakt bildet. Des Weiteren können zusätzliche Passivie- rungs- und Trägerschichten vorliegen. Denkbar sind ferner Licht leitstrukturen an den Austrittsfenstern, im einfachsten Fall eine Oberflächenaufrauung zur Erhöhung der Auskopplungsrate . Durch eine gemeinsame Prozessierung kann zudem eine Oberfläche geschaffen werden dann zusätzlich prozessiert wird, um bei spielsweise Kollimatoren, photonische Kristalle oder andere Elemente zu bilden, die eine Abstrahlcharakteristik weiter ver bessern .
Zur Realisierung der Lichtemission mit einer Hauptabstrahlrich tung entgegen der Wachstumsrichtung werden zunächst das Galli- umarsenid (111) B Epitaxiesubstrat und wenigstens ein Teil der Formschicht abgenommen und in einem weiteren Schritt eine trans- parente Kontaktschicht unterhalb der lichtemittierenden Hete rostruktur angelegt. Eine solchermaßen aufgeführte Lichtquelle eignet sich für eine IC-Chipbestückung mit einem Bonden. Für eine weitere Ausführungsalternative wird ein temporärer Träger oberhalb der dreidimensionalen lichtemittierenden Hete rostruktur für die Abnahme des Galliumarsenid (111) B Epitaxi esubstrats und der Formschicht verwendet. Diese unterseitigen Schichten werden durch eine Metallisierung und ein Trägersub strat ersetzt. Dann kann der temporäre Träger durch eine ober seitige Passivierung und Lichtleitstruktur ersetzt werden. Eine solche Ausgestaltung eignet sich für Ausführungen, die durch zweimaliges Bonden auf einem IC-Chip kontaktiert werden.
Neben den verschiedenen Aspekten einer geometrischen Form oder einer Orientierung des Kristalls wurde zudem festgestellt, dass eine strahlende Rekombination gegenüber einer nichtstrahlenden Rekombination abnimmt, je kleiner der Bereich der aktiven Schicht ist. Grund hierfür scheinen Defekte in der aktiven Schicht zu sein, die vor allem im Randbereich der m-LED ausge bildet werden, weil dort durch die Prozessierung (Vereinzelung oder Ätzung) Veränderungen in der Kristallstruktur hervorgeru fen werden, die die Defektdichte dort erhöhen. Im Allgemeinen kann man sagen, dass je größer der Randbereich gegenüber der Fläche der aktiven Schicht wird, desto größer die Anzahl der Defekte wird und damit die nichtstrahlende Rekombination zu nimmt. Zudem wurde erkannt, dass die Defektdichte Auswirkungen auf die Effizienz einer Leuchtdiode sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Stromdichten hat und gemeinsam mit der Stromdichte einen wichtigen Beitrag zur Alterung (und damit Reduzierung der Effizienz der Leuchtdiode) leistet.
Eine Voraussetzung für Anwendungen im Automotivebereich ist, dass m-Displays und deren einzelne Pixel ausreichend Leuchtkraft aufweisen, d.h. verhältnismäßig hohe Stromdichten tragen kön nen. Andererseits ist für Augmented Realityanwendungen ein ho her Kontrastbereich wichtig, d.h. die m-LEDs eines Displays sollen sowohl hohe als auch niedrige Stromdichten gleichermaßen gut verkraften. Dementsprechend soll die Effizienz auch bei niedrigen Strömen hoch sein bzw. noch gesteigert werden.
Mit Blick auf diese Anforderungen einerseits und die Auswirkung von Defekten andererseits ist es daher wünschenswert, entweder die Defektdichte in der aktiven Schicht zu reduzieren, insbe sondere im Randbereich zu reduzieren, oder die Ladungsträger von dem Randbereich fernzuhalten. Eine Maßnahme zur Verbesserung des Niederstrom-Verhaltens ist das Quantenwellintermixing, welches in verschiedenen Aspekten bei der Herstellung von aktiven Halbeiterbauelementen zur An wendung kommt. Dabei wird durch Austausch von Gitteratomen zwi schen der als Quantenwell ausgeführten aktiven Schicht und dem diese umgebenden Barrierenmaterial die Bandlücke in diesem Be reich verändert. Dieser Austauschprozess kann besonders effi zient von statten gehen, wenn gezielt geeignete Störatome, ins besondere Dotieratome in den Halbleiter eingebracht werden. Dadurch ändert sich die Bandlücke in dem durch den Austausch- prozess erfassten Bereich, so dass die Ladungsträger eine Kraft verspüren, die abstoßend wirken kann. Hierzu können beispiels weise Dotierstoffe verwendet werden, die durch einen Diffusi onsprozess in die aktive Schicht wandern und dort das Quanten wellintermixing verursachen. Dieses Verfahren ist auch bei opto- elektronischen Bauelementen basierend auf III-V-Halbleitern, wie Ga, In, Al und P, As erfolgreich getestet worden.
Jedoch wurde ebenso beobachtet, dass bei kleineren Abmessungen von Leuchtdioden aus diesem Materialsystem und insbesondere m- LEDs eine zunehmende Verminderung der Leuchtkraft über relativ kurze Zeit hinweg einsetzt. Im Vergleich zu Bauelementen ohne Quantenwellintermixing tritt diese Degradation bereits bei deutlich geringeren Belastungsstromstärken auf. Mit anderen Worten führt ein Quantenwellintermixing zu einer Verminderung der Leuchtkraft einer m-LED auch bei geringen Stromstärken, obwohl dies bei größeren Leuchtdioden gerade nicht beobachtbar ist .
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, welches diesen Effekt nicht nur stark verringert, sondern eine durch Störstellen induzierte Verminderung der Leuchteffizienz zumindest über einen längeren Zeitraum hinweg fast vollständig verhindert. Dadurch eignet sich dieses Verfahren insbesondere für die Herstellung von m-LEDs . Dazu wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauele ments, insbesondere eine m-LED vorgeschlagen, bei dem in einem ersten Schritt eine Halbleiterstruktur bereitgestellt wird. Diese Halbleiterstruktur kann unter anderem durch Wachstum ver schieden dotierter Schichten und/oder Schichten unterschiedli- eher Materialzusammensetzung erzeugt werden und weist unter an derem eine erste n-dotierte Schicht, eine zweite p-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit we nigstens einem Quantenwell auf. Die p-dotierte Schicht wurde zur Dotierung mit einem ersten Dotierstoff versehen.
In einem zweiten Schritt wird eine strukturierte Maske auf der Halbleiterstruktur und insbesondere auf der p-dotierten Schicht aufgebracht. Die Maske soll einen zu Erzeugung elektromagneti scher Strahlung vorgesehen Teilbereich der aktiven Schicht vor dem Einbringen des zweiten Dotierstoffes schützen. Das Masken material kann hierbei entweder durch ein Dielektrikum (Silizi umoxid, Siliziumnitrid, ...) , Metall (Ti, ...) oder Halbleiterma terial gebildet sein. Die von der strukturierten Maske nicht bedeckte p-dotierte Schicht wird daraufhin mit einem zweiten Dotierstoff durch einen Diffusionsprozess mit ersten Prozessparametern dotiert. Die Prozessparameter und das Maskenmaterial sind so gewählt, dass ein Quantenwellintermixing in Bereichen der aktiven Schicht er zeugt wird, über der kein Bereich der strukturierten Maske liegt. Durch die Maskierung wird ein relativ scharfer lateraler Übergangsbereich im Intermixing des wenigstens einen Quanten- well erzeugt, so dass der Grad des Intermixing in dem Quanten- well an der durch die Maske vorgegebenen Grenze stark abnimmt. Dadurch wird eine relative starke Änderung in der Bandlücke des Quantenwells erzeugt.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip folgt dem Diffusionsprozess ein letzter Temperaturschritt, bei dem zweite Prozessparameter eingestellt werden, die sich von den ersten Prozessparametern unterscheiden. Ohne weitere Zuführung des zweiten Dotierstoffes wird nun der Halbleiter einem Ausheilschritt mit diesen zweiten Prozessparametern unterworfen. Dieser nachgeschaltete Ausheilschritt mit anderen Prozesspara metern und ohne zweiten Dotierstoff ist derart ausgestaltet, dass die mit dem ersten Schritt erreichte deutliche Verbesserung der Niederstrom-Effizienz über einen längeren Betriebszeitraum hinweg erhalten bleibt .
Die Erfinder haben erkannt, dass der Prozess des Zuführens des zweiten Dotierstoffes bei ersten Prozessparametern sowohl ur sächlich für die Erzeugung des Quantenwellintermixings als auch für die spätere Degradation von Bedeutung ist. Dabei diffundie- ren Atome des zweiten Dotierstoffes in den Halbleiterschichten stapel und in die aktive Schicht, bzw. den Quantenwell und können dort Atome des ursprünglichen Kristallgitters ersetzen. Dies sind entweder Atome des ersten Dotierstoffes, aber auch Atome des eigentlichen Gittermaterials. Die auf Zwischengitter- plätze verdrängten Atome sind beweglich, und es wird vermutet, dass diese einen wesentlichen Anteil an der Degradation des optoelektronischen Bauelements haben. Durch einen zusätzlichen Ausheilschritt bei gleichzeitig geänderten Prozessparametern während dem der Dotierstoff nicht weiter zugeführt wird, wird eine anschließende Verminderung der Effizienz reduziert. In ei nem weiteren Aspekt werden für den Schritt des Ausheilens ge eignete Umgebungsbedingungen bereitgestellt, indem ein Stütz druck mit einem das Kristallgitter bildenden Element angeboten wird (z.B. durch Bereitstellen eines geeigneten Precursors) .
Durch geeignete Wahl dieses Elementes wird den durch den zweiten Dotierstoff verdrängten Gitteratomen eine Reaktionsmöglichkeit an der Oberfläche des Halbleiters geboten und die freie Beweg- lichkeit dieser Atome damit unterbunden. Handelt es sich bei den verdrängten Gitteratomen beispielsweise um Atome der Gruppe III so kann dieser Prozess durch einen Stützdruck mit einem Element der Gruppe V bevorzugt in Gang gesetzt werden. Die durch den Diffusionsprozess erzeugten Zwischengitteratome diffundie- ren demnach während des erfindungsgemäßen Ausheilschrittes an die Oberfläche und werden dort gebunden. Durch die Reduktion der Zahl der am Degradationsmechanismus teilhabenden Zwischen gitteratome steigt die Lebensdauer des Bauelements beträchtlich an .
In einem Schritt des Ausheilens kann der Precursor gleich zu Beginn oder erst nach Erreichen der zweiten Prozessparameter zugegeben werden. Auch kann sich die Konzentration des Precur sors während des Schritts des Ausheilens ändern, so dass aus- reichend Precursormaterial für eine Absättigung der von dem Dotierstoff verdrängten Gitteratome verfügbar ist.
In einem weiteren Aspekt kann dieser Precursor insbesondere die Elemente Phosphor oder Arsen umfassen, vor allem in Verbindungen wie PH3 , ASH3 TBAs oder TBP .
Ein anderer Gesichtspunkt beschäftigt sich mit den ersten und zweiten Prozessparametern. In einem Aspekt umfassen die Para meter wenigstens einen der folgenden Parameter oder auch eine Kombination hiervon: Temperatur, Temperaturänderung über einen definierten Zeitraum, Druck, Druckänderung über einen definier ten Zeitraum, Zusammensetzung und Fluss eines Gases, insbeson dere eines Precursors, und Zeitdauer des Ausheilschritts. Bei spielsweise umfassen die zweiten Prozessparameter eine defi- nierte zweite Temperatur, die höher ist als die Temperatur wäh rend des Zuführens des zweiten Dotierstoffes. Mit anderen Worten ist eine Temperatur während des Ausheilschrittes größer als eine Temperatur während der Erzeugung des Quantenwellintermixings . Auch die Zeitdauern des Dotierens und des Ausheilens können unterschiedlich sein.
In einem anderen Aspekt wird ein zweiter Dotierstoff verwendet, der gegenüber dem ersten Dotierstoff unterschiedlich ist. Bei spielsweise kann als zweiter Dotierstoff Zn verwendet werden. Als Materialsystem für die Halbleiterstruktur wird beispiels weise ein III-V-Halbleitermaterial benutzt. Dieses kann wenigs tens eines der folgenden Materialsysteme aufweisen: InP, AIP, GaP, GaAlP, InGaP, InAlP, GaAlP oder InGaAlP. Ebenso können andere III-V-Halbleiter als Materialsystem in Betracht kommen, beispielsweise mit As.
Ein weiterer Aspekt ist durch ein optoelektronisches Bauelement gegeben. Dieses umfasst eine Halbleiterstruktur mit einem IIIV- Halbleitermaterial . Die Halbleiterstruktur weist eine n-do- tierte Schicht, eine p-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quantenwell auf. Die p-dotierte Schicht umfasst einen ersten Dotierstoff. Wei terhin weist das Bauelement einen lichterzeugenden Bereich, insbesondere zentralen Bereich in der aktiven Schicht auf, der lateral von einem zweiten Bereich in der aktiven Schicht umgeben ist. Die Bandlücke des zweiten Bereichs ist dabei größer als die des zentralen Bereiches, da in den zweiten Bereich ein zweiter Dotierstoff eingebracht ist, der ein Quantenwellinter- mixing in dem im zweiten Bereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht verursacht hat. In einem weiteren Aspekt ist auf der p-dotierten Schicht eine strukturierte Maske angeordnet, so dass sie einen ersten Teil bereich der p-dotierten Schicht überdeckt. In einem von der Maske nicht bedeckten Teilbereich der p-dotierten Schicht ist ein zweiter Dotierstoff eingebracht, der ein Quantenwellinter- mixing in der unter diesem Teilbereich angeordneten aktiven Schicht erzeugt. Die Größe der Maske ist dabei im Wesentlichen von derselben Größe wie der erste Teilbereich. Durch die Wahl des Stützdrucks während des erfindungsgemäßen Ausheilschrittes wird ein durch den zweiten Dotierstoff verdrängtes Material in eine Teile der Oberfläche bedeckende Schicht umgewandelt. Der Diffusionsprozess während des Ausheilens scheint das Material von Zwischengitterplätzen zu entfernen, so dass dieses nicht mehr im Quantentwell zu nichtstrahlenden Rekombinationszentren führt, und somit die Effizienz des optoelektronischen Bauele ments auch über längeren Zeitraum hinweg nicht abnimmt. Demnach ist auf einer Oberfläche des intermixten Teilbereichs der p- dotierten Schicht eine Schicht aus einem III-wertigen Material des III-V Halbleitermaterials und einem Element aus einem Precursormaterial, insbesondere P oder As, gebildet.
Ein weiterer Aspekt zur Verbesserung des Quantenwellintermixing wird in dem folgenden Verfahren vorgestellt. Dazu wird ein Ver fahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbeson- dere eines optoelektronischen Bauelements oder einer m-LED vor geschlagen, bei dem in einem ersten Schritt eine Halb leiterstruktur bereitgestellt wird. Diese Halbleiterstruktur kann unter anderem durch Wachstum verschieden dotierter Schich ten und/oder Schichten unterschiedlicher Materialzusammenset- zung erzeugt werden und weist unter anderem eine erste n-do- tierte Schicht, eine zweite p-dotierte Schicht und eine dazwi schen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quanten- well auf. Die p-dotierte Schicht wurde dabei zur Dotierung mit einem ersten Dotierstoff versehen. In einem zweiten Schritt wird eine strukturierte Maske auf der Halbleiterstruktur und insbesondere auf der p-dotierten Schicht aufgebracht. Die Maske soll einen zu Erzeugung elektromagneti scher Strahlung vorgesehen Teilbereich der aktiven Schicht vor dem Eindringen eines zweiten Dotierstoffes schützen. Das Mas kenmaterial kann hierbei entweder durch ein Dielektrikum (Si liziumoxid, Siliziumnitrid, ...) , Metall (Ti, ...) oder Halbleiter material gebildet sein.
Die von der strukturierten Maske nicht bedeckte p-dotierte Schicht wird daraufhin mit dem zweiten Dotierstoff dotiert, so dass ein Quantenwellintermixing in Bereichen der aktiven Schicht erzeugt wird, über der kein Bereich der strukturierten Maske liegt. Das Dotieren der p-dotierten Schicht mit dem zweiten Dotierstoff kann dabei durch eine Gasphasendiffusion unter Ver wendung eines Precursors mit dem zweiten Dotierstoff erfolgen. Bei anderen Verfahren wird hierbei der Precursor in einer Gas phasenreaktion thermisch zerlegt, der Dotierstoff an der Halb leiteroberfläche absorbiert und in den Halbleiter eindiffun diert und ein Quantenwellintermixing erzeugt. Da all diese Teil prozesse eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit aufweisen ist der Temperaturbereich, in dem ein effizientes Quantenwellin termixing realisiert werden kann, stark eingeschränkt (typi scherweise für InP- oder GaAs-basierte Halbleiter: 520 +/- 20 ° C ) .
Entsprechend dem vorgeschlagenen Prinzip wird nun der Schritt des Aufbringens des Dotierstoffes mittels Precursor und des Eindiffundierens präzisiert. Dadurch wird eine Prozessfolge für ein effizientes Quantenwellintermixing durch eine Gasphasendif fusion geschaffen, die eine Vergrößerung des Prozessfensters und damit eine Optimierung der Prozessfolge zur Realisierung von alterungsstabilen optoelektronischen Bauelementen ermög licht . Diese präzisierte Prozessfolge weist die folgenden Schritte auf:
- Abscheiden des zweiten Dotierstoffes auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht durch Zerlegung des Precursors bei einer ersten Temperatur, die derart gewählt ist, dass im Wesentlichen keine Diffusion des zweiten Dotierstoffes in die p-dotierte Schicht stattfindet; und
- Diffundieren des abgeschiedenen zweiten Dotierstoffes in die p-dotierte Schicht bei einer zweiten Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Prozessführung des Dotie- rens mit dem zweiten Dotierstoff einen maßgeblichen Einfluss darauf hat, die Ladungsträgerkonzentration in den Bereichen zu reduzieren, in denen eine durch Störstellen induzierte Vermin- derung der Leuchteffizienz über einen längeren Zeitraum hinweg stattfindet. Dies liegt unter anderem daran, dass durch die Prozessführung eine Erhöhung der Dotierbarriere in der aktiven Schicht unterhalb des Maskenrands erreicht werden kann. Bei der Prozessführung nach dem vorgeschlagenen Konzept wird dazu der Schritt der Diffusion des dotierstoffhaltigen Precur sors in der Gasphase explizit in die Schritte:
- Abscheiden von Zerlegungsprodukten, die den zweiten Dotier stoff umfassen, auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur; und - Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffs in die Halb leiterstruktur; unterteilt.
Durch die Separierung kann für den Diffusionsschritt mit der Erzeugung des Quantenwellintermixings die Temperatur frei ge- wählt werden und insbesondere auf Werte erhöht werden, bei denen eine Oberflächenbelegung durch den zweiten Dotierstoff durch zu starke Desorption nicht mehr möglich ist (>520°C) . Dies kann vorteilhafterweise zur Verbesserung des Alterungsverhaltens von optoelektronischen Bauelementen genutzt werden. Der zweite Dotierstoff ist dabei von demselben Dotiertyp wie der erste Dotierstoff und ist beispielsweise aus Zn, Mg, usw. gebildet. Die Menge des abgeschiedenen zweiten Dotierstoffes kann dabei so gewählt sein, dass dieser während des Diffusions- Vorgangs bei einer zweiten Temperatur im Wesentlichen vollstän dig in die p-dotierte Schicht eindiffundiert. Somit wird ledig lich eine für die Diffusion und Erzeugung eines Quantenwellin- termixings ausreichende Menge bereitgestellt, aber nicht dar über hinaus .
In einem weiteren Aspekt ist die Menge des abgeschiedenen zwei ten Dotierstoffes dabei beispielsweise so gewählt, dass in Be reichen der aktiven Schicht, über der kein Bereich der struk turierten Maske liegt, eine Barriere für die laterale Diffusion von Ladungsträgern gebildet wird, die sich aus einer durch den zweiten Dotierstoff erzeugte Barriere als auch aus einer durch das Quantenwellintermixing hervorgerufene Barriere zusammen setzt . In einer Weiterbildung dieses Aspektes ist die Menge des zweiten Dotierstoffes so gewählt, dass in Bereichen der aktiven Schicht, über der kein Bereich der strukturierten Maske liegt, eine durch den zweiten Dotierstoff erzeugte Barriere für die laterale Dif fusion von Ladungsträgern größer ist als eine durch das Quan- tenwellintermixing hervorgerufene Barriere. Weiterhin kann die Menge des zweiten Dotierstoffes auch so gewählt sein, dass die Bandlücke in der aktiven Schicht in den Bereichen, die unter der strukturierten Maske liegen, kleiner ist, als die Bandlücke in der aktiven Schicht in den Bereichen, über denen kein Bereich der strukturierten Maske liegt.
In einem weiteren Aspekt folgt dem Dotiervorgang ein letzter Temperaturschritt bei einer dritten Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur. Ohne weitere Zuführung des zweiten Dotierstoffes wird nun der Halbleiter einem Ausheilschritt mit dieser dritten Temperatur unterworfen. Dieser nachgeschaltete Ausheilschritt mit höherer Temperatur und ohne zweiten Dotier stoff ist derart ausgestaltet, dass die mit dem Dotiervorgang erreichte deutliche Verbesserung der Niederstrom-Effizienz über einen längeren Betriebszeitraum hinweg erhalten bleibt.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Prozess des Zuführens des zweiten Dotierstoffes bei einer ersten Temperatur und das an schließende Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffs bei einer zweiten Temperatur sowohl ursächlich für die Erzeugung des Quan- tenwellintermixings ist als auch für die spätere Degradation von Bedeutung ist. Dabei diffundieren Atome des zweiten Dotier stoffes in den Halbleiterschichtenstapel und in die aktive Schicht, bzw. den Quantenwell und können dort Atome des ur- sprünglichen Kristallgitters ersetzen. Dies sind entweder Atome des ersten Dotierstoffes, aber auch Atome des eigentlichen Git termaterials. Die auf Zwischengitterplätze verdrängten Atome sind beweglich und es wird vermutet, dass diese einen wesent lichen Anteil an der Degradation des optoelektronischen Bauele- ments haben. Durch einen zusätzlichen Ausheilschritt bei gleich zeitig höherer dritter Temperatur und während dem kein weiterer Dotierstoff zugeführt wird, wird eine anschließende Verminde rung der Effizienz reduziert. Für den Schritt des Ausheilens werden in einem weiteren Aspekt geeignete Umgebungsbedingungen bereitgestellt, indem ein Stütz druck mit einem das Kristallgitter bildenden Element angeboten wird (z.B. durch Bereitstellen eines geeigneten weiteren Precur sors) . Durch geeignete Wahl dieses Elementes wird den durch den zweiten Dotierstoff verdrängten Gitteratomen eine Reaktionsmög lichkeit an der Oberfläche des Halbleiters geboten und die freie Beweglichkeit dieser Atome damit unterbunden. Handelt es sich bei den verdrängten Gitteratomen beispielsweise um Atome der Gruppe III so kann dieser Prozess durch einen Stützdruck mit einem Element der Gruppe V in Gang gesetzt werden. Die durch den Diffusionsprozess erzeugten Zwischengitteratome diffundie ren demnach während des erfindungsgemäßen Ausheilschrittes an die Oberfläche und werden dort gebunden. Durch die Reduktion der Zahl der am Degradationsmechanismus teilhabenden Zwischen- gitteratome steigt die Lebensdauer des Bauelements beträchtlich an .
Entsprechend umfasst nach diesem Aspekt der Ausheilvorgang die Schritte: Bereitstellen eines weiteren Precursors, der ein Ele- ment aus der fünften Hauptgruppe, insbesondere P oder As um fasst; und/oder Bildung einer Schicht aus einem III-V Halb leitermaterial auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht.
In einem Schritt des Ausheilens kann der Precursor gleich zu Beginn oder erst nach Erreichen der zweiten Prozessparameter zugegeben werden. Auch kann sich die Konzentration des Precur sors während des Schritts des Ausheilens ändern, so dass aus reichend Precursormaterial für eine Absättigung der von dem Dotierstoff verdrängten Gitteratome verfügbar ist.
In einem weiteren Aspekt kann dieser weitere Precursor insbe sondere die Elemente Phosphor oder Arsen beinhalten, vor allem in Verbindungen wie PH3, ASH3, TBAs oder TBP. Ein anderer Gesichtspunkt beschäftigt sich mit den Prozesspa rametern, die während der Schritte des Abscheidens, Diffundie- rens und Ausheilens unterschiedlich gewählt werden können. In einem Aspekt umfassen die Parameter wenigstens einen der fol genden Parameter oder auch eine Kombination hiervon: Tempera- tur, Temperaturänderung über einen definierten Zeitraum während eines der vorgenannten Schritte, Druck, Druckänderung über ei nen definierten Zeitraum während eines der vorgenannten Schritte, Zusammensetzung und Fluss eines Gases, insbesondere eines Precursor, und Zeitdauer des Ausheilschritts. Beispielsweise umfassen die Prozessparameter eine definierte erste Temperatur während des Zuführens des zweiten Dotierstof fes, die derart gewählt ist, dass im Wesentlichen keine Diffu sion des zweiten Dotierstoffes in die p-dotierten Schicht wäh- rend des Abscheidens des zweiten Dotierstoffes auf der p-do- tierten Schicht stattfindet, eine zweite Temperatur während des Diffusionsvorgangs des zweiten Dotierstoffes, die beispiels weise höher ist als die erste Temperatur, und eine dritte Tem peratur während des Ausheilschrittes, die wiederum höher als die zweite Temperatur ist. Mit anderen Worten ist eine Tempe ratur während des Ausheilschrittes größer als die beiden Tem peraturen während der Erzeugung des Quantenwellintermixings . Auch die Zeitdauern des Zuführens des zweiten Dotierstoffes, des Diffusionsvorgangs und des Ausheilens können unterschied- lieh sein.
In einem anderen Aspekt wird ein zweiter Dotierstoff verwendet, der gegenüber dem ersten Dotierstoff unterschiedlich ist. Bei spielsweise kann als zweiter Dotierstoff Zn oder Mg verwendet werden. Als Materialsystem für die Halbleiterstruktur wird bei spielsweise ein III-V-Halbleitermaterial benutzt. Dieses kann wenigstens eine der folgenden Materialkombinationen aufweisen: InP, AIP, GaP, GaAlP, InGaP, InAlP, GaAlP oder InGaAlP. Ebenso können andere III-V-Halbleiter als Materialsystem in Betracht kommen, beispielsweise mit As.
Ein weiterer Aspekt ist durch ein optoelektronisches Bauelement gegeben. Dieses umfasst eine Halbleiterstruktur mit einem III- V-Halbleitermaterial. Die Halbleiterstruktur weist eine n-do- tierte Schicht, eine p-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quantenwell auf. Die p-dotierte Schicht umfasst einen ersten Dotierstoff. Wei terhin weist das Bauelement einen lichterzeugenden Bereich, insbesondere zentralen Bereich in der aktiven Schicht auf, der lateral von einem zweiten Bereich in der aktiven Schicht umgeben ist. Die Bandlücke des zweiten Bereichs ist dabei größer als die des zentralen Bereiches, da in den zweiten Bereich ein zweiter Dotierstoff eingebracht ist, der ein Quantenwellinter- mixing in dem im zweiten Bereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht verursacht hat.
Durch dieses störstelleninduzierte lokale Quantenwellintermi- xing im zweiten Bereich, jedoch nicht im ersten Bereich, werden in der aktiven Schicht Barrieren gebildet, die eine laterale Bewegung von Ladungsträgern im Quantenwell in der aktiven Schicht des optoelektronischen Bauelementes auf diesen ersten Bereich der aktiven Schicht begrenzen. Dadurch wird beispiels weise weittgehend verhindert, dass Strom zum Betreiben des opto elektronischen Bauelementes in den Randbereichen des optoelekt- ronischen Bauelements, also durch den den ersten Bereich um schließenden zweiten Bereich fließt. Dadurch wird eine nicht strahlende Rekombination von Ladungsträgern hervorgerufen durch nichtstrahlende Rekombinationszentren oder eine hohe nicht strahlende Oberflächenrekombination in dem zweiten Bereich re- duziert, was somit zu einer verbesserten Leistung der Bauele mente führt .
In einem weiteren Aspekt ist auf der p-dotierten Schicht eine strukturierte Maske angeordnet, so dass sie einen ersten Teil- bereich der p-dotierten Schicht überdeckt. In einem von der Maske nicht bedeckten Teilbereich der p-dotierten Schicht ist ein zweiter Dotierstoff eingebracht, der ein Quantenwellinter- mixing in der unter diesem Teilbereich angeordneten aktiven Schicht erzeugt. Die Größe der Maske ist dabei im Wesentlichen von derselben Größe wie der erste Teilbereich.
Durch die Wahl des Stützdrucks während des erfindungsgemäßen Ausheilschrittes wird ein durch den zweiten Dotierstoff auf Zwischengitterplätze verdrängtes Material in eine Teile der Oberfläche bedeckende Schicht umgewandelt. Der Diffusionspro zess während des Ausheilens scheint das Material von Zwischen gitterplätzen zu entfernen, so dass dieses nicht mehr zu nicht strahlenden Rekombinationszentren im Quantentwell führt und so- mit die Effizienz des optoelektronischen Bauelements auch über längeren Zeitraum hinweg nicht abnimmt. Demnach ist auf einer Oberfläche des intermixten Teilbereichs der p-dotierten Schicht eine Schicht aus einem III-wertigen Material des III-V Halb leitermaterials und einem Element aus einem Precursormaterial, insbesondere P oder As, gebildet.
Wie in den obigen Konzepten bereits erwähnt, hat die Wirksamkeit eines Quantenwellintermixings und das Einbringen der Störstel len einen Einfluss auf das Alterungsverhalten der m-LED. Dies lässt sich mit den hier offenbarten Maßnahmen zwar reduzieren, jedoch wurde gefunden, dass gerade bei höheren Belastungs stromdichten vor allem bei sehr kleinen Bauelementen, wie z.B. m-LEDs, deren Kantenlänge nur wenige gm betragen dennoch ein messbarer und manchmal relevanter Effekt verbleibt. Grund ist offenbar ein orts- oder positionsabhängiger Konzentrationsgra dient des diffundierenden Materials. Dieses wird durch die An ordnung und Struktur der Fotomaske bestimmt.
Entsprechend wird in einem Aspekt wird ein optoelektronisches Bauelement vorgeschlagen, das eine n-dotierte erste Schicht, eine mit einem ersten Dotierstoff versetzte p-dotierte zweite Schicht und eine aktive Schicht umfasst. Letztere ist zwischen der n-dotierten ersten Schicht und der p-dotierten zweiten Schicht angeordnet und weist mindestens einen Quantenwell auf. Erfindungsgemäß kann die aktive Schicht in mindestens zwei Be reiche unterteilt werden, die insbesondere aneinander angren zen. Dabei ist der zweite Bereich um einen ersten Bereich, insbesondere einen optisch aktiven Bereich konzentrisch ange ordnet und weist ein Quantenwellintermixing auf. Die konzentrische Anordnung eines Quantenwellintermixing um den optisch aktiven Bereich herum entsprechend diesem Aspekt bedeu tet, dass der erste Bereich, insbesondere optisch aktive Be reich, vom zweiten Bereich vollumfänglich umschlossen wird und die beiden Bereiche um einen gemeinsamen Mittelpunkt ihrer je weiligen Fläche angeordnet sind. Im Rahmen der Fertigungstole ranzen ist allerdings auch eine leichte Abweichung der Mittel punkte zueinander, sowie eine bewusste Verschiebung denkbar. Die Erfinder haben erkannt, dass das Einbringen der Störstellen und das Quantenwellintermixing wohl von der angebotenen offenen Fläche abhängt, über die der zu diffundierende Stoff eingebracht wird. Da Störstellen in den Ecken einer quadratischen oder rechteckigen aktiven Schicht (oder entsprechend einer durch eine Fotomaske vorgegebenen eckigen Struktur) von mehr als einer Seite diffundieren können, weisen die Eckbereiche eine höhere Störstellenkonzentration bzw. ein höheres Quantenwellintermi xing auf als beispielsweise die Bereiche in der Mitte der Sei tenlängen. Dieser Effekt ist in einigen Situationen unerwünscht und wird durch die gewählte konzentrische Anordnung vermieden, da es in einer solchen durch das Fehlen einer Ecke nicht zu einer solchen größeren Diffusion kommt.
Das Quantenwellintermixing kann durch eine Dotierung des zwei- ten Bereichs mit einem zweiten Dotierstoff wie beispielsweise Magnesium, Zink, oder Cadmium (Mg, Zn, Cd) erzeugt werden. Dies soll allerdings keine beschränkende Auswahl für einen Dotier stoff darstellen, sondern jeder weitere dem Fachmann erdenkli che Dotierstoff desselben Typs kann für die Dotierung verwendet werden.
Durch lokales Aufbringen einer Diffusionsmaske auf die Halb leiterstruktur und mithilfe von beispielsweise einem Diffusi onsvorgang gelangt der zweite Dotierstoff bereichsweise in die aktive Schicht und ein Quantenwellintermixing tritt im entspre chenden nicht maskierten Bereich im vorhandenen Quantenwell auf. Der Bereich, in dem das Quantenwellintermixing stattfindet, bildet den zweiten Bereich. Entsprechend umfasst nach diesem Aspekt das optoelektronische Bauelement einen zweiten Dotier stoff, welcher im Wesentlichen gleichmäßig im zweiten Bereich angeordnet ist.
Im ersten Bereich, insbesondere optisch aktiven Bereich, wird in einem weiteren Aspekt ein Quantenwellintermixing weitestge hend verhindert. Genauer gesagt tritt nach diesem Aspekt im ersten Bereich kein Quantenwellintermixing auf. Entsprechend ist nach dem Diffusionsvorgang weitestgehend kein zweiter Do tierstoff im ersten Bereich angeordnet. Dieser Aspekt kann auch durch die vorgenannten Maßnahmen realisiert werden.
Durch dieses störstelleninduzierte lokale Quantenwellintermi xing im zweiten Bereich, jedoch nicht im ersten Bereich, werden in der aktiven Schicht Barrieren gebildet, die eine laterale Bewegung von Ladungsträgern im Quantenwell in der aktiven Schicht des optoelektronischen Bauelementes auf diesen ersten Bereich der aktiven Schicht begrenzen. Dadurch wird beispiels weise weittgehend verhindert, dass Strom zum Betreiben des opto elektronischen Bauelementes in den Randbereichen des optoelekt- ronischen Bauelements, also durch den den ersten Bereich um schließenden zweiten Bereich fließt. Dadurch wird eine nicht strahlende Rekombination von Ladungsträgern hervorgerufen durch nichtstrahlende Rekombinationszentren oder eine hohe nicht strahlende Oberflächenrekombination in dem zweiten Bereich re- duziert, was somit zu einer verbesserten Leistung der Bauele mente führt .
Um eine weitere Verbesserung zu erreichen, sind in einem wei teren Aspekt die zwei Bereiche zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet. Das Nichtvorhandensein von Ecken hat zur Folge, dass Störstellen gleichmäßiger in den zweiten Bereich eindif fundieren und sich keine durch Ecken induzierte lokale Maxima bilden. Die kreisförmige Ausbildung, beziehungsweise die annä hernd kreisförmige Ausbildung der beiden Bereiche, hat somit den Effekt, dass die Konzentration der eingebrachten Störstel len entlang des Umfangs der beiden Bereiche so homogen wie möglich ist. Dies hat wiederum zur Folge, dass Leistungseinbußen aufgrund von Oberflächenrekombination im zweiten Bereich redu ziert werden.
Kreisförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auch ein Viel eck mit einer Eckenanzahl größer/gleich 6 Ecken möglich ist, also beispielsweise 8, 10 oder mehr Ecken, da für diese Form bereits ein positiver Effekt der Leistungssteigerung des opto- elektronischen Bauelementes erkannt wurde. Ebenso kann der Be griff kreisförmig auch elliptische, sowie ovale und weitere rundlich konvexe Formen umfassen.
Der Diffusionsvorgang zur Erzeugung des Quantenwellintermixing im zweiten Bereich kann in einem weiteren Aspekt bedeuten, dass der zweite Dotierstoff nicht nur in der aktiven Schicht im zweiten Bereich, sondern auch in der zweiten p-dotierten Schicht und auch zumindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht ausgebildet ist. Dies ist allerdings nicht notwendigerweise so zu verstehen, dass die Bereiche in der zweiten p-dotierten Schicht und in der ersten n-dotierten Schicht, in denen der zweite Dotierstoff ausgebildet ist, deckungsgleich mit dem zweiten Bereich in der aktiven Schicht sind, aber auch eine Deckungsgleichheit ist möglich.
In einem weiteren Aspekt wird ein optoelektronisches Bauelement und insbesondere eine m-LED vorgeschlagen, bei dem der zweite Bereich eine durch das Quantenwellintermixing veränderte, im wesentlichen gleichmäßige Bandlücke aufweist. Der zweite Be reich ist konzentrisch um einen ersten Bereich angeordnet. Dies bedeutet, dass in diesem Bereich die Energie der Bandlücke einen weitestgehend konstanten Wert aufweist und lediglich zu den Rändern des Bereichs hin die Bandlücke größer oder kleiner wird beziehungsweise einen Anstieg oder einen Abfall der Energie der Bandlücke aufweist.
Der mindestens eine Quantenwell im ersten Bereich, insbesondere im optisch aktiven Bereich, weist hingegen eine kleinere Band lücke als der zweite Bereich auf. Entsprechend ergibt sich die nach einem der oben genannten Aspekte erzeugte Barriere zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich. Der Übergang zwischen den beiden Bandlücken kann dabei sowohl als Stufe mit einer scharfen Kante als auch als leicht fließender Übergang möglich sein.
Weiterhin weist der mindestens eine Quantenwell im ersten Be reich, insbesondere optisch aktiven Bereich, im Wesentlichen kein Quantenwellintermixing auf und es ist in diesem Bereich somit im Wesentlichen auch keinen zweiter Dotierstoff vorhan den .
Neben einer geometrischen Betrachtung zur Verbesserung der Leis tung im Bereich einer einzelnen m-LED erfolgte, bietet es sich darüber hinaus an, Maßnahmen vorzusehen, die für ein Quanten wellintermixing auf Waferebene eine Verbesserung herbeiführen. m-LED werden meist als Vielzahl derartiger Strukturen auf Waferebene produziert. Dabei kann die Herstellung monolithisch erfolgen, oder die m-LEDs für eine spätere Vereinzelung vorge- sehen sein. In ersterem Fall kann ein Quantenwellintermixing auch als Barriere gegen elektrisches Übersprechen, in letzteren Fall kann bereits während der Herstellung durch Quantenwellin termixing die späteren den Rand bildenden Bereiche verändert werden . In einem Aspekt wird eine Halbleiterstruktur vorgestellt, die eine n-dotierte erste Schicht, eine mit einem ersten Dotierstoff versetzte p-dotierte zweite Schicht und eine aktive Schicht umfasst. Letztere ist zwischen der n-dotierten ersten Schicht und der p-dotierten zweiten Schicht angeordnet und weist min destens einen Quantenwell auf. Erfindungsgemäß kann die aktive Schicht in eine Vielzahl von ersten Bereichen, insbesondere optisch aktive Bereiche, und mindestens einen zweiten Bereich unterteilt werden. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Be- reichen und der mindestens eine zweite Bereich grenzen dabei insbesondere aneinander an. Weiterhin sind die mehreren ersten Bereiche in einem hexagonalen Muster zueinander beabstandet an geordnet und werden von dem mindestens einen zweiten Bereich, der ein QWI aufweist, umschlossen.
Je ein Bereich der Vielzahl von ersten, insbesondere optisch aktiven, Bereichen der Halbleiterstruktur kann dabei beispiels weise einen Teil je eines optoelektronischen Bauelements bil den. Entsprechend kann die Halbleiterstruktur aus einer Viel- zahl von einzelnen optoelektronischen Bauelementen gebildet sein, die anschließend durch beispielsweise einen Ätzprozess durch die Epitaxie-Schichten oder durch Laserschneiden und an schließendes Substratentfernen vereinzelt werden können. Die Vielzahl von ersten Bereichen ist dabei beispielsweise kreisförmig ausgebildet. Im Vergleich zu einer quadratischen m- LED Struktur hat das Nichtvorhandensein von Ecken zur Folge, dass das Einbringen von Störstellen und das Quantenwellinter- mixing entlang der Berandung der späteren m-LED homogener er- folgt. Dies wiederum bedeutet, dass nichtstrahlende Rekombina tion im Randbereich des zweiten Bereichs reduziert werden kann und dementsprechend die Leistung eines jeden einzelnen opto elektronischen Bauelementes erhöht werden kann. Kreisförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auch ein Viel eck mit einer Eckenanzahl größer/gleich 6 Ecken möglich ist, also beispielsweise 8, 10 oder mehr Ecken, da für diese Form bereits ein positiver Effekt der Leistungssteigerung eines opto- elektronischen Bauelementes zu erkennen ist. Ebenso kann der Begriff kreisförmig auch elliptische, sowie ovale und weitere rundlich konvexe Formen umfassen.
Durch lokales Aufbringen einer Maske auf die Halbleiterstruktur und mithilfe von beispielsweise einem Diffusionsvorgang gelangt ein zweiter Dotierstoff bereichsweise in die aktive Schicht und ein QWI tritt im entsprechenden Bereich im vorhandenen Quanten- well auf. Der Bereich, in dem das Quantenwellintermixing statt findet, bildet den mindestens einen zweiten Bereich. Die Halb- leiterstruktur umfasst entsprechend einen zweiten Dotierstoff, insbesondere einen zu dem in der p-dotierten zweiten Schicht angeordneten ersten Dotierstoff unterschiedlichen Dotierstoff, welcher im Wesentlichen gleichmäßig in dem mindestens einen zweiten Bereich angeordnet ist.
In der Vielzahl von ersten Bereichen wird durch das Aufbringen der Maske ein QWI hingegen weitestgehend verhindert. Genauer gesagt tritt in der Vielzahl von ersten Bereichen kein Quanten wellintermixing auf. Entsprechend ist nach dem Diffusionsvor- gang weitestgehend kein zweiter Dotierstoff in der Vielzahl von ersten Bereichen angeordnet und somit ist entsprechend auch kein zweiter Dotierstoff in der aktiven Schicht im Quantenwell im Bereich der ersten Bereiche angeordnet. Die Aufteilung in erste und zweite Bereiche und das damit ver bundene QWI ermöglicht es im späteren Betrieb der Endvorrich tungen, insbesondere der m-LEDs, die ersten Bereiche als optisch aktive Bereiche zu verwenden. Entsprechend wird im Folgenden in Bezug auf die ersten Bereiche von den ersten optisch aktiven Bereichen gesprochen. Durch dieses störstellen-induzierte lokale Quantenwellintermi- xing im mindestens einen zweiten Bereich, jedoch nicht in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen, werden in der aktiven Schicht elektronische Barrieren durch die sich verän- dernde Bandstruktur gebildet, die eine laterale Bewegung von Ladungsträgern im Quantenwell in der aktiven Schicht der Halb leiterstruktur auf die Vielzahl von ersten optisch aktiven Be reichen der aktiven Schicht begrenzen. Dadurch wird beispiels weise weitestgehend verhindert, dass Strom zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelementes in den Randbereichen des opto elektronischen Bauelements, also durch den den ersten Bereich umschließenden zweiten Bereich, fließt. Da in den Randbereichen einer vereinzelten m-LED Struktur häufig nicht strahlende Re kombinationszentren existieren, werden die Ladungsträger somit von diesen Randbereichen ferngehalten, was zu einer verbesser ten Leistung der Bauelemente führt.
In der Praxis hängt das Einbringen der Störstellen und damit das Quantenwellintermixing allerdings von der Größe der offenen Fläche ab, über die der zu diffundierende Stoff eingebracht wird. Entsprechend entstehen auf der Halbleiterstruktur bei ei ner hexagonalen Anordnung der Vielzahl von ersten optisch ak tiven Bereichen in den Zwischenräumen von jeweils drei im Drei eck angeordneten ersten optisch aktiven Bereichen größere Flä- chen, also lokale Maxima mit einer höheren Störstellenkonzent ration, als in den Flächen, die direkt zwischen zwei benachbar ten ersten optisch aktiven Bereichen liegen. Diese Maxima re sultieren daraus, dass der Diffusionsvorgang im Bereich von größeren, mit dem zweiten Dotierstoff beaufschlagten Flächen effizienter abläuft, als in kleineren Zwischenräumen zwischen zwei von beispielsweise einer Maske bedeckten ersten optisch aktiven Bereichen. Dieser Effekt ist in einigen Situationen unerwünscht, da es zur Verbesserung der Niedrigstromeffizienz der optoelektronischen Bauelemente wichtig ist, ein sehr homo- genes Diffusionsmuster in der Halbleiterstruktur zu erzielen. Entsprechend wird in einem weiteren Aspekt eine Halbleiterstruk tur vorgestellt, die eine n-dotierte erste Schicht, eine mit einem ersten Dotierstoff versetzte p-dotierte zweite Schicht und eine aktive Schicht umfasst. Letztere ist zwischen der n- dotierten ersten Schicht und der p-dotierten zweiten Schicht angeordnet und weist mindestens einen Quantenwell auf. Erfin dungsgemäß kann die aktive Schicht in eine Vielzahl von ersten Bereichen, insbesondere optisch aktiven Bereiche, mindestens einen zweiten Bereich und mindestens einen dritten Bereich un- terteilt werden. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Berei chen und der mindestens eine zweite Bereich grenzen dabei ins besondere aneinander an. Weiterhin sind die mehreren ersten optisch aktiven Bereiche in einem hexagonalen Muster zueinander beabstandet angeordnet und werden von dem mindestens einen zwei- ten Bereich, der ein QWI aufweist, umschlossen. Zusätzlich ist der mindestens eine dritte Bereich in den Zwischenräumen zwi schen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und dem zweiten Bereich angeordnet und grenzt dabei insbesondere an den mindestens einen zweiten Bereich an.
Im Unterschied zu vorstehend beschriebenem Aspekt ist die aktive Schicht dabei neben der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und dem mindestens einen zweiten Bereich in den min destens einen dritten Bereich unterteilt.
Der mindestens eine dritte Bereich ist dabei derart angeordnet, dass die Bereiche, in denen lokale Maxima mit einer höheren Störstellenkonzentration entsprechend vorstehend beschriebenem Aspekt auftreten würden, für das Quantenwellintermixing bei- spielsweise durch das Aufbringen einer Maske unzugänglich ge macht werden und in diesen Bereichen, wie auch in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen somit weitestgehend kein Quantenwellintermixing auftritt . Entsprechend ist nach dem Dif fusionsvorgang in dem mindestens einen dritten Bereich wie auch in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen weitest gehend kein zweiter Dotierstoff angeordnet.
Weiterhin umschließt der mindestens eine zweite Bereich die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen derart, dass jeder der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen von einem Teil des mindestens einen zweiten Bereichs oder jeweils einzeln von einem von einer Vielzahl von zweiten Bereichen konzentrisch umschlossen ist. Entsprechend ergibt sich der mindestens eine zweite Bereich beispielsweise aus zusammenhängenden Ringsegmen ten, die jeweils um einen der Vielzahl von ersten optisch ak tiven Bereichen angeordnet sind, oder aus einer Vielzahl von ringförmigen Einzelflächen, die jeweils konzentrisch um einen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen angeordnet sind. Ebenso kann der Begriff ringförmig auch kreisförmige, elliptische, sowie ovale und weitere rundlich konvexe Formen umfassen, die um die Vielzahl von ersten optisch aktiven Berei chen im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind und diese vollumfänglich umschließen.
Der mindestens eine dritte Bereich grenzt dabei an den mindes tens einen zweiten Bereich an. Entsprechend kann der mindestens eine dritte Bereich eine zusammenhängende netzartige Fläche aufweisen, die um die Vielzahl der ringförmigen zweiten Bereiche angeordnet ist. In einem weiteren Aspekt kann allerdings auch eine Vielzahl von dritten Bereichen jeweils die Form einer Del- toid-Kurve zumindest annähernd abbilden. Diese kann beispiels weise von jeweils genau drei im Dreieck angeordneten zweiten Bereichen, die zumindest annähernd kreis- beziehungsweise ring- förmig ausgebildet sind, gebildet werden. Ebenso kann die Viel zahl von dritten Bereichen kreisförmig ausgebildet sein und jeweils in der Mitte von drei im Dreieck angeordneten ersten Bereichen, die zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet sind, angeordnet sein. Ausschlaggebend bei der Anordnung des mindestens einen dritten Bereichs ist, dass durch beispielsweise das Aufbringen einer Maske wie zum Beispiel eines Dielektrikums oder beispielsweise einer Fotolackmaske, beim Diffusionsvorgang lokale Maxima mit einer höheren Störstellenkonzentration im zweiten Bereich re duziert werden, um somit ein möglichst homogenes Diffusionsmus ter in der Halbleiterstruktur zu erzielen.
Das Quantenwellintermixing kann dabei durch eine Dotierung des zweiten Bereichs mit einem zweiten Dotierstoff wie beispiels weise Magnesium, Zink, oder Cadmium (Mg, Zn, Cd) erzeugt werden. Dies soll allerdings keine beschränkende Auswahl für den Do tierstoff darstellen, sondern jeder weitere dem Fachmann er denkliche Dotierstoff desselben Typs kann für die Dotierung verwendet werden.
Der Diffusionsvorgang zur Erzeugung des Quantenwellintermixings im mindestens einen zweiten Bereich kann in einem weiteren As pekt zur Folge haben, dass der zweite Dotierstoff nicht nur in der aktiven Schicht im zweiten Bereich, sondern auch in der zweiten p-dotierten Schicht und auch zumindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht ausgebildet ist. Dies ist allerdings nicht notwendiger weise so zu verstehen, dass die Bereiche in der zweiten p- dotierten Schicht und in der ersten n-dotierten Schicht, in denen der zweite Dotierstoff ausgebildet ist, deckungsgleich mit dem mindestens einen zweiten Bereich in der aktiven Schicht sind, aber auch eine Deckungsgleichheit ist möglich. In einem weiteren Aspekt wird eine Halbleiterstruktur vorge schlagen, bei dem der mindestens eine zweite Bereich eine durch das Quantenwellintermixing erzeugte, im Wesentlichen gleichmä ßige Bandlücke aufweist. Dies bedeutet, dass in diesem Bereich die Energie der Bandlücke einen weitestgehend konstanten Wert aufweist und lediglich zu den Rändern des Bereichs hin die Bandlücke größer oder kleiner wird.
Der mindestens eine Quantenwell in der Vielzahl von ersten op tisch aktiven Bereichen und im mindestens einen dritten Bereich weist hingegen eine kleinere Bandlücke als der in dem mindestens einen zweiten Bereich auf. Entsprechend ergibt sich die nach einem der oben genannten Aspekte erzeugte Barriere zwischen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Beriechen und dem zweiten Bereich und zwischen dem mindestens einen dritten Bereich und dem zweiten Bereich. Der Übergang zwischen den Bandlücken kann dabei sowohl als Stufe mit einer scharfen Kante als auch als leicht fließender Übergang möglich sein.
In einem weiteren Aspekt weist die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und der mindestens eine dritte Bereich eine im Wesentlichen identische Bandlücke auf. Dies resultiert unter anderem daraus, dass der mindestens eine Quantenwell in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und im mindestens einen dritten Bereich, im Wesentlichen kein Quantenwellinter- mixing aufweist und somit in diesen Bereichen im Wesentlichen auch kein zweiter Dotierstoff auftritt.
Die Halbleiterstruktur, die aus einer Vielzahl von einzelnen optoelektronischen Bauelementen gebildet sein kann, wird ent sprechend einem weiteren Aspekt durch beispielsweise einen Ätz prozess durch die Epitaxie-Schichten oder durch Laserschneiden und anschließendes Substratentfernen in die Vielzahl von opto elektronischen Bauelementen vereinzelt. Der Ausschnitt eines jeden der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen ist da bei beispielsweise kreisförmig und umfasst mindestens einen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen, sowie einen Ab schnitt des mindestens einen zweiten Bereichs. Der erste optisch aktive Bereich und der zweite Bereich sind dabei insbesondere konzentrisch in dem kreisförmigen Ausschnitt angeordnet. Ent sprechend ergibt sich daraus, dass der mindestens eine dritte Bereich der Halbleiterstruktur nicht Teil der Vielzahl von ein zelnen optoelektronischen Bauelementen ist und somit insbeson- dere den Ausschuss des Vereinzelungsprozesses darstellt.
Bei kleinen Leuchtdioden, insbesondere der Farbe Rot ist eine weitere Miniaturisierung der Chipgröße, insbesondere unter 50 [pm] , infolge nichtstrahlender Rekombination an den Außenkanten der Chips schwierig. Bis dato wurde diese Schwierigkeit bei roten auf dem AlGalnP-Materialsystem basierten Leuchtdioden we nig beachtet, da die Chipgröße von circa 100 pm2 nicht unter schritt wurde. Weiter oben wird mittels Quantenwellintermixing der Anteil der nichtstrahlenden Rekombination reduziert. In den folgenden Aspekten wird ein Konzept vorgestellt, bei dem La dungsträger von einem Rand eines Chips mittels einer magneti schen Stromeinschnürung ferngehalten werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optoelektronisches Bauele- ment, insbesondere eine vertikale p-LED für ein monolithisches p-Display vorgeschlagen. Diese weist einen Schichtenstapel auf, bei dem eine aktive Schicht in einer Ebene verläuft. Eine Haupt bewegungsrichtung von Ladungsträgern, d.h. Elektronen und Lö chern verläuft senkrecht zu dieser Ebene und durch die aktive Schicht. In letzterer finden die gewünschte strahlende Rekom bination statt. Jedoch ist im umlaufende Rand der aktiven Schicht die Defektdichte höher, wodurch diese Defekte zu einer nichtstrahlenden Rekombination führen können. Entsprechend ist ein Magnetisierungselement vorgesehen. Dieses ist ausgebildet, Magnetfeldlinien bereitzustellen, die durch zumindest Teile des Schichtenstapels derart verlaufen, dass die sich bewegenden La dungsträger von Randbereichen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels ferngehalten werden. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Reduzierung von nichtstrahlenden Rekombinationen, insbesondere im Bereich einer aktiven Schicht insbesondere einer m-LED vorgeschlagen. Die vertikale m-LED umfasst einen Schichtenstapel, bei dem sich entlang einer X-Y-Ebene erstreckende Schichten sich entlang ei ner zur X-Y-Ebene senkrechten Z-Achse aneinander stapeln, wobei eine Haupt-Bewegungsrichtung von Ladungsträgern entlang der Z- Achse, und insbesondere diese mittig durch X-Y-Querschnittsflä- chen des Schichtenstapels, verläuft. Das Verfahren umfasst den Schritt eines Erzeugens von Magnetfeldlinien, mittels denen die Ladungsträger von Randbereichen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels ferngehalten werden.
Mittels der vorgeschlagenen Anordnung, werden magnetische Ef- fekte genutzt, um eine laterale Verteilung einer Stromführung innerhalb eines m-LED wirksam zu beeinflussen. Diese soll La dungsträger (d.h. Elektronen oder gegebenenfalls auch Löcher,) von einem Randbereich der aktiven Schicht fernhalten. Somit wird eine Art Elektronenlinse realisiert. Auf diese Weise kann eine Skalierbarkeit zu kleineren Chipgrößen, ermöglicht werden. Nichtstrahlende Rekombinationen an den Chipkanten werden so re duziert .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Magnetisierungsele- ment im Bereich einer aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewegungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht die Magnetfeldlinien auf einen Pol eines Magnetdipols zulaufend oder entlang der Z-Achse verlaufend be reitstellen. Zweckmäßigerweise ist das Magnetisierungselement so angeordnet, dass es Magnetfeldlinien lediglich in den Rand bereichen der X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels be reitstellt . In einer Ausgestaltung umfasst das Magnetisierungselement eine Anzahl entlang einer Mantelfläche des Schichtenstapels verlau fender, insbesondere streifenförmigen, Stromleitungen, wobei ein Stromfluss jeweils einer Stromleitung zum Stromfluss durch das optoelektronische Bauelement, antiparallel bereitgestellt ist. Alternativ kann das Magnetisierungselement mittels einer den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umlaufenden Anzahl von, insbesondere im Bereich der aktiven Schicht und/oder ent gegen der Haupt-Bewegungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht angeordneten, Dauermagnetdipo len, geschaffen sein. Anstatt Dauermagnetdipole können auch Elektromagneten verwendet werden, deren Stromfluss insbesondere mittels des Stromflusses durch das optoelektronische Bauelement bereitgestellt sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Magnetisierungsele ment als ein den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umlau fendes magnetisches Material, insbesondere Mangan, im Bereich einer aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewegungs- richtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht auf eine Mantelfläche des Schichtenstapels abgeschieden und mittels eines externen Magnetfeldes magnetisiert worden sein . Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Schichtenstapel eine elektrisch isolierende und passivierende Beschichtung, insbe sondere der Mantelfläche des Schichtenstapels, aufweisen. Der Schichtenstapel ist in diesem Zusammenhang eine säulenförmige m-LED. Vereinfacht umfasst diese eine p-dotierte Schicht, eine n-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnet aktive Schicht. Letztere kann als Quantenwell oder Multiquantenwell ausgeführt werden. Entsprechende Bauformen einer m-LED mit wei teren Maßnahmen sind Teil dieser Anmeldung. Es versteht sich, dass der hier beschriebene Schichtenstapel oder die hier ver- wendete m-LED durch die in dieser Anmeldung offenbarte Bauformen ersetzt oder ergänzt werden kann. Beispielsweise kann die mag netische Stromeinschnürung gleichzeitig reflektierende Eigen schaften aufweisen, so dass Licht nicht auf der Seitenfläche austreten kann. In einem Aspekt ist es möglich, zwei gegenüber- liegende Seitenflächen reflektierend auszugestalten und zum Stromtransport zu verwenden und auf den zwei anderen Seitenflä chen einen dieelektrischen Spiegel anzuordnen. In einem anderen Aspekt kann eine Auskoppelschicht auf der Oberfläche eine pho- tonische Struktur aufweisen.
Neben der Herstellung eines Hableiters und Maßnahmen zur Ver besserung einer Lichterzeugung beschäftigt sich ein anderer Ge sichtspunkt mit der Lichtabstrahlrichtung . Gerade bei m-Dis- plays und auch für viele Flächenanzeigen soll eine definierte Abstrahlcharakteristik erreicht werden. Licht, dass in einer m- LED erzeugt wird, soll einerseits nicht mit benachbarten m-LEDs wechselwirken, andererseits sollte das Licht auch ausgekoppelt werden, um so die Lichteffizienz bei gegebener Stromstärke zu optimieren. In den folgenden Aspekten werden verschiedene Maß- nahmen vorgestellt, die eine Verbesserung der Abstrahlcharak teristik eines optoelektronischen Bauelements bzw. einer m-LED durch um die aktive Schicht oder um die m-LED umlaufende re flektierende Schichten bzw. Spiegel erreichen. Bei einigen m-LED wird Licht seitlich ausgestrahlt. Dieser Ef fekt ist oft nicht wünschenswert, da es zu infolge Übersprechen in benachbarte Pixel zu Störungen oder anderen Effekten kommt die den Seheindruck verschlechtert. Zudem wird die Lichtausbeute geringer. Ebenso wird für viele Anwendungen eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik des Displays gefordert. Das heißt ins besondere, dass das Display von allen Seiten betrachtet gleich hell sein sollte. Eine starke Kantenemission des Chips resul tiert in einer nicht-Lambertschen Abstrahlcharakteristik. Die kleinsten m-LED-Chips können mit einem vertikalen Design realisiert werden, das heißt, mit je einem Kontakt auf der Chipober- und der Chipunterseite. Um eine vertikale m-LED elektrisch mit einem Substrat zu verbinden, muss an einem (dem Substrat abgewandten oder oberen) zweiten Kontakt der m-LED, ein sogenannter „Top-Kontakt" abgeschieden und strukturiert werden. Dabei wird ebenso eine Planarisierungs- und/oder Pas sivierungsschicht um den Chip eingesetzt. Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Arrays mit mindestens einem lichtemittierenden Körper vorgeschlagen. Der lichtemittierende Körper kann unter anderem eine m-LED, ein der hier bereits vorgestellte m-Rod, eine m- LED-Säule oder ein anderes Bauelement sein, dessen Licht auch seitlich mit einem parallelen Anteil zur aktiven Schicht aus- tritt. Bei dem Verfahren wird ein erster Kontaktbereich und ein zweiter Kontaktbereich an einer Seite eines Substrats struktu riert. Der lichtemittierenden Körper wird ebenso auf die Struk tur aufgebracht oder dort durch Strukturierung aus mehreren Halbleiterschichten erzeugt.
Dann wird eine erste Metallspiegelschicht und eine zweite Me tallspiegelschicht aufgebracht, wobei die erste Metallspiegel schicht eine an einem zweiten Kontakt des lichtemittierenden Körpers angebrachte Kontaktschicht mit dem zweiten Kontaktbe reich elektrisch verbindet und die zweite Metallspiegelschicht an einer an dem Substrat angeordneten Reflektorstruktur ausge bildet wird. Die Reflektorstruktur kann aus einer Planarisie rungsschicht mit nachfolgender Strukturierung gewonnen werden. In einigen Aspekten umrahmt die Reflektorstruktur in einem Ab stand den lichtemittierenden Körper. In weiteren Aspekten kann ein Teil der Panarisierungsschicht strukturiert werden, so dass diese den lichtemittierenden Körper umgibt. Ein optoelektronisches Bauelement weist einen insbesondere mit tels einer ersten Metallspiegelschicht elektrisch kontaktierten lichtemittierenden Körper und eine, diesen insbesondere umlau fende, mit einer zweiten Metallspiegelschicht beschichtete Mikroreflektorstruktur auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Array mit mindestens einem lichtemittierenden Körper vorgeschlagen, wobei an einer Seite eines Substrats ein erster Kontakt eines vertikalen lichtemit- tierenden Körpers an einen ersten Kontaktbereich angeschlossen ist. An dergleichen Seite des Substrats ist ein dem Substrat abgewandter zweiter Kontakt des vertikalen lichtemittierenden Körpers an einen zweiten Kontaktbereich mittels einer, insbe sondere semitransparenten, Kontaktschicht und einer ersten Me- tallspiegelschicht angeschlossen. Zudem ist eine Reflektor- Struktur ausgebildet die eine zweite Metallspiegelschicht an ihren Seitenflanken aufweist und die den lichtemittierenden Körper in einem Abstand umgibt. Die Reflektorstruktur umfasst in einigen Aspekten reflektierende Seitenwände. Diese können schräg verlaufen, um das Licht umzulenken. In anderen Aspekten kann die Seitenwand auch einen nicht linearen Verlauf aufweisen, beispielsweisen einen quadratischen oder parabelförmigen.
Die Prozessierung eines zweiten Kontaktes beziehungsweise eines Top-Kontaktes kann genutzt werden, um in einem gleichen Schritt optische Auskopplungsstrukturen auf dem Substrat herzustellen. Ein Top-Kontakt wird hier insbesondere von einem zweiten Kontakt des lichtemittierenden Körpers, einer Kontaktschicht, einer ersten Metallspiegelschicht und einem zweiten Kontaktbereich gebildet. Hier werden mittels der ersten Metallspiegelschicht die an dem zweiten Kontakt des lichtemittierenden Körpers an gebrachte Kontaktschicht mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch verbunden. Eine optische Auskopplungsstruktur wird hier mittels einer Re flektor-Struktur, insbesondere einer Mikroreflektor-Struktur, ausgebildet, die mittels einer zweiten Metallspiegelschicht, beschichtet ist.
Zur Herstellung eines Top-Kontaktes werden die lichtemittieren den Körper zunächst in eine Planarisierungsschicht eingebettet. Fotolithographisch kann diese an dem zweiten Kontaktbereich für den zweiten Kontakt beziehungsweise für den Top-Kontakt (oberen Kontakt) auf dem Substrat geöffnet werden. Dieser Strukturie rungsprozess wird genutzt, um im gleichen Schritt aus der Plana risierungsschicht Strukturen für Reflektoren, insbesondere m- Reflektoren, auf dem Substrat zu formen. Nach einer Abscheidung einer transparenten Kontaktschicht kann eine strukturierte Auf- bringung einer Metallspiegelschicht als Metallbrücke zwischen zweiten Kontakt und zweiten Kontaktbereich ausgeführt werden.
Dies ist erforderlich, da die Kontaktschicht nicht geeignet ist, um große Höhenunterschiede zu überbrücken. Dieser Metallisie- rungsprozess kann genutzt werden, um gleichzeitig Reflektor- Strukturen zu verspiegeln.
Auf diese Weise wird eine Herstellung von Displays kostengüns tiger und schneller, da herkömmliche separate Lithographie-Pro- zesse zur Ausbildung von Reflektoren entfallen. Infolge einer Bereitstellung von Reflektoren aus einer Planarisierungsschicht mit einer Top-Kontakt-Metallspiegelschicht können Effizienz und Kontrast vergrößert und die Abstrahlcharakteristik des Displays ohne zusätzlichen Prozessierungs-Aufwand verbessert werden.
Einige weitere Aspekte beschäftigen sich vor allem mit der An ordnung und Kontaktierung von vertikalen m-LEDs mit einer trans parenten und elektrischen Deckschicht. Ziel dabei ist es unter anderem bei einer hohen Anzahl von Bildpunkten pro Flächenein- heit die Anzeigeeigenschaften zu verbessern. Aufgrund der räum lichen Position des elektrischen Kontaktes einer vertikalen m- LED an der vom Trägersubstrat weg gerichteten Oberseite wird wie bereits in dieser Anmeldung erläutert erwogen, ein trans- parentes oder zumindest teiltransparentes leitendes Material zu verwenden. Bekannt sind hierfür beispielsweise Materialien wie ITO (Indiumzinnoxid), ein für sichtbares Licht halbleitendes transparentes oder teiltransparentes Mischoxid, jedoch hat diese Material einen relativ großen Flächenwiederstand.
Es wird daher ein Pixelelement in Form einer oder mehrere m- LEDs zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays vorgeschla gen, das ein flächiges Trägersubstrat aufweist. Ein Trägersub strat kann hier als Backplane oder Trägerfläche verstanden wer- den, das eine mechanisch-stabilisierende Haltefunktion und zu sätzlich eine Zuführung der elektrischen Verbindungen für m- LEDS bereitstellt. Mögliche Materialien für das Trägersubstrat können isolierende Verbindungen sein, aber auch Halbleiter wie beispielsweise Silizium oder auch III-V Halbleitermaterialien. Gemäß einem Beispiel ist das Trägersubstrat flexibel oder bieg sam ausgeführt.
Mindestens eine m-LED ist am Trägersubstrat angeordnet und aus geführt, Licht quer zu einer Trägersubstratebene in eine Rich- tung weg vom Trägersubstrat auszusenden. Hierbei kann die we nigstens eine m-LED beispielsweise durch Kleben, Verschmelzen oder als Ergebnis eines Epitaxieschichtprozesses am Trägersub strat befestigt sein. Die m-LED ist als sogenannter vertikaler Chip ausgeführt, wobei sich mindestens ein Kontakt in einem vom Trägersubstrat entfernten räumlichen Bereich der m-LED befin det. Die wenigstens eine m-LED weist somit an seiner vom Trä gersubstrat weg gerichteten Oberseite einen elektrischen Kon takt auf. Unter einer Oberseite soll hier eine Seitenfläche oder ein Bereich einer Außenfläche der m-LED verstanden werden, wo zumindest ein Teil der Oberseite parallel zur Trägersubstrat ebene gerichtet ist.
Ausgestaltungen der vertikalen m-LEDs sind hier genannt. Dazu gehören unter anderem, aber nicht beschränkt darauf, die oben angesprochenen Paare an Barren mit dazwischen angeordnetem Kon vertermaterial, die aufrechten oder horizontal ausgerichteten m-Rods oder auch die Antennenstruktur. Quantenwellintermixing kann vorgesehen sein, um Ladungsträger von einer Kante oder Rand der aktiven Schicht vorgesehen sein.
Der elektrische Kontakt kann beispielsweise eine metallische oder generell elektrisch leitende Fläche sein. Gedanke ist hier, dass diese Oberfläche mit einer relativ zur Trägersubstratebene darüberliegenden Schicht in Kontakt gelangen soll. Das Pixelele ment weist an der Oberseite des Emitterchips eine zumindest teilweise elektrisch leitende flächige Kontaktierungsschicht auf. Diese ist mit dem elektrischen Kontakt des Emitterchips elektrisch verbunden.
Anders gesagt kann beispielsweise eine zusätzliche Schicht über die wenigstens eine m-LED prozessiert werden, die in direkten Kontakt mit dem elektrischen Kontakt der wenigstens einen m-LED gelangt. Beispielsweise kann sich diese flächige Kontaktie- rungsschicht einstückig über eine Vielzahl von m-LEDs und Pi xelelementen erstrecken. Gemäß einem Beispiel bildet diese Kon taktierungsschicht eine gemeinsame Katode oder eine gemeinsame Anode. Gemäß einem Beispiel beträgt eine Dicke dieser Kontak tierungsschicht zwischen 80 und 150 nm.
Die flächige Kontaktierungsschicht ist für das von der wenigs tens einen m-LED ausgesendete Licht zumindest teilweise trans parent ausgeführt. Dies bedeutet, dass von der wenigstens einen m-LED ausgesendetes Licht zumindest teilweise durch die Kontak- tierungsschicht passieren kann. Hierfür können beispielsweise die bekannten ITO-Materialien verwendet werden. An der Kontak tierungsschicht ist eine Leiterbahn vorgesehen, die elektrisch und flächig mit der Kontaktierungsschicht verbunden ist. Dabei ist die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahn größer als eine elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungsschicht. Die Lei terbahn kann beispielsweise planar oder als ebene Fläche oder Streifen ausgeführt sein.
Das Material der Leiterbahn wird so gewählt, dass sie bessere elektrische Leitungseigenschaften aufweist als beispielsweise das ITO-Material . Die Leiterbahn soll mit anderen Worten schlechter leitende räumliche Bereiche der Kontaktierungs schicht überbrücken und so einen insgesamt verringerten elektri schen Widerstand, auch als verbesserte Querleitfähigkeit be zeichnet, über die Kontaktierungsschicht bewirken. Die Leiter bahn soll hierfür mindestens an zwei voneinander entfernten Punkten mit der Kontaktierungsschicht verbunden sein, um durch die erhöhte Leitfähigkeit der Leiterbahn einen Gesamtwiderstand der Anordnung aus Leiterbahn und Kontaktierungsschicht zwischen diesen beiden Punkten zu verringern.
Eine Leiterbahn kann beispielsweise als Stromschiene, Vertei lerschiene oder ähnliche elektrisch leitende Struktur verstan den werden. Gemäß einem Beispiel ist die Leiterbahn als räumlich abgegrenzte Struktur als Teil der Kontaktierungsschicht selbst ausgeführt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass innerhalb der Kontaktierungsschicht verschieden strukturierte oder mit einer veränderten Material- oder Stoffkombination versehene Be reiche vorgesehen sind, die eine verbesserte elektrische Leit fähigkeit aufweisen. Ein Material der Leiterbahn kann beispiels weise Silber, Aluminium, Gold, Chrom oder Nickel-Vanadium auf weisen . Gemäß einem Beispiel kann die Kontaktierungsschicht in einem Zwischenraum zwischen zwei benachbart angeordneten m-LEDs an geordnet sein. Mit anderen Worten ergeben sich durch den Aufbau und die Anordnung der m-LEDs zwischen den jeweiligen m-LEDs Zwischenräume, die vorteilhaft für die Aufnahme der Kontaktie rungsschicht vorgesehen werden kann. Gemäß einem Beispiel ist der elektrische Kontakt der wenigstens einen m-LED an einer Seitenfläche der wenigstens einen m-LED angeordnet. Mit anderen Worten kontaktiert die Kontaktierungsschicht den Kontakt der wenigstens einen m-LED beispielsweise im Bereich des Zwischen raums zwischen zwei m-LEDs .
In einem Aspekt ist die Leiterbahn zwischen zwei auf dem Trä gersubstrat benachbart angeordneten m-LEDs außerhalb eines pri- mären Abstrahlbereiches der m-LEDs angeordnet. Die Überlegung ist hier, dass die m-LED aufgrund seines Aufbaus einen großen Anteil des Lichts quer zur Trägersubstratebene und weg von die ser Trägersubstratebene abstrahlt. Hierbei kann es wünschens wert sein, dass ein hoher Anteil des Lichts möglichst senkrecht, also mit einer kegelförmigen oder idealerweise lambertschen Ab strahlcharakteristik abgestrahlt wird.
Daraus ergibt sich ein Bedürfnis, unerwünschte Lichtanteile au ßerhalb dieses vorteilhaften primären Abstrahlbereiches zu un- terdrücken, um Crosstalk, Übersprechen und unerwünschte Refle xionen zu vermeiden. Aus diesem Grund sollen die meist licht- intransparenten Leiterbahnen diesen primären Abstrahlbereich nicht verschatten oder einschränken und werden daher vorteil haft außerhalb dieses primären Abstrahlbereiches oder Abstrahl- korridors angeordnet. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass durch die Zwischenräume zwischen den m-LEDs ein hierfür geeigneter räumlicher Bereich geschaffen wird. In einem Aspekt ist die Leiterbahn ausgestaltet, zur Strahlfor mung der wenigsten einen m-LED Lichtanteile des von der wenigs tens einen m-LED emittierten Lichts außerhalb des primären Ab strahlbereiches zu absorbieren und/oder zu reflektieren. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass neben der Funktion einer ver besserten elektrischen Leitfähigkeit zusätzlich eine Absorpti onsfunktion oder Reflexionsfunktion der Leiterbahn in Bezug auf das von der m-LED ausgesendete Licht genutzt werden kann. Die Leiterbahn wird also bewusst in einem Bereich um den pri mären Abstrahlbereich der wenigstens einen m-LED platziert, so- dass ein strahlformender Effekt erreicht wird. Beispielsweise kann die Leiterbahn als ringförmig um einen Bereich der wenigs tens einen m-LED verlaufende flächige Leiterstruktur ausgeführt sein. Bei Verwendung von drei m-LEDs als Subpixel, die jeweils ein Pixel bilden, kann die Leiterstruktur um jedes Pixel ver laufen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Strahlformung dadurch erreicht werden, dass ein Durchbruch in der Leiterbahn vorgesehen ist, durch den das emittierte Licht passieren kann.
Um eine verbesserte Absorption von unerwünschten Lichtanteilen außerhalb eines primären Abstrahlbereiches einer m-LED zu er reichen, weist gemäß einem Aspekt die Leiterbahn an ihrer zum Trägersubstrat gerichteten Seite eine lichtabsorbierende Schicht auf. Dies kann, gemäß einem Beispiel eine separat auf gebrachte Schicht eines absorbierenden Materials sein, aber auch durch Oberflächenstrukturen an der Leiterbahn umgesetzt werden. In einem Aspekt erstreckt sich die Leiterbahn flächig über eine Vielzahl von m-LEDs . Zusätzlich sind an der Leiterbahn im Be- reich der jeweiligen primären Abstrahlbereiche der m-LEDs Aus sparungen zum Durchleiten des von den jeweiligen m-LED emit tierten Lichts vorgesehen. Diese Aussparungen können beispiels weise Durchbrüche, Löcher, Spalte oder ähnliche Strukturen sein, durch die das von der m-LED emittierte Licht passieren kann. Die Leiterbahn kann also mit anderen Worten als eine durchgän gige Schicht oder als ein zusammenhängendes Element bereitge stellt werden. Dies kann unter anderem vorteilhaft komplexere Formen von Durchbrüchen oder Aussparungen zur Strahlformung er- lauben.
In einem Aspekt ist die Leiterbahn auf einer vom Trägersubstrat weg gerichteten Seite der Kontaktierungsschicht aufgebracht. Anders gesagt, befindet sich die Leiterbahn auf einer Oberseite der Kontaktierungsschicht, beispielsweise als im Herstellungs prozess sequenziell nachträglich aufgebrachtes Element. In ei nem weiteren Aspekt ist die Leiterbahn auf einer zum Trägersub strat hingerichteten Seite der Kontaktierungsschicht aufge bracht. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass sich die Leiter- bahn vom Trägersubstrat aus gesehen unter einer ITO- Kontaktie rungsschicht befindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Leiterbahn auf das Trä gersubstrat aufgebracht. Durch die benachbarte Anordnung von mehreren m-LEDs zueinander ergeben sich entsprechende Zwischen räume. Diese Zwischenräume können bis auf eine Höhe oder Ebene des Trägersubstrates selbst herabreichen. Hierbei ist es denk bar, dass eine Planarisierungsschicht nicht durchgehend ausge führt ist, sondern in dem Bereich dieses Zwischenraumes ausge- spart ist. Ein herstellungstechnischer Vorteil kann nun hierin bestehen, dass die Leiterbahn direkt auf dem Trägersubstrat hergestellt wird und die Kontaktierungsschicht vertikal darüber aufgebracht ist. Gemäß einem Aspekt ist die wenigstens eine m-LED in einer Ka vität des Trägersubstrates angeordnet und die Leiterbahn ist außerhalb der Kavität angeordnet. Das Trägersubstrat kann also beispielsweise als strukturierte Oberfläche verstanden werden, die nicht durchgängig eben oder planar ausgeführt ist, sondern Eintiefungen aufweist. In diese Eintiefungen oder Gruben werden die m-LEDs platziert, wobei Seitenwände dieser Eintiefungen als Reflexionsfläche für die Strahlformung genutzt werden können. Um Abschattungen und Absorption zu vermeiden, werden eine oder mehrere Leiterbahnen außerhalb der Eintiefung angeordnet.
Gemäß einem Aspekt ist am Pixelelement ein Verbindungselement zur elektrischen Verbindung der Kontaktierungsschicht mit einem Anschlusselement des Trägersubstrats vorgesehen. Die Überlegung kann hier darin gesehen werden, dass eine über dem Trägersub- strat angeordnete Kontaktierungsschicht beispielsweise eine ge meinsame Anode oder eine gemeinsame Katode bildet und folglich elektrisch angeschlossen werden muss. Dies kann dadurch erfol gen, dass ein Anschlusselement mit einem Ende an der Kontaktie rungsschicht elektrisch leitend befestigt ist und mit einem anderen Ende an einer Leiterstruktur des Trägersubstrates be festigt ist. Dieses Anschlusselement kann beispielsweise an ei nem äußeren Randbereich eines oder mehrerer Pixelelemente an geordnet sein. Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Herstellung eines oder Mehrerer Pixelelemente für ein Display. Hierzu wird ein einem ersten Schritt ein flächiges Trägersubstrat bereitge stellt und darauf eine Vielzahl von lichtemittierenden Bauele menten hergestellt. Die Bauelemente können mit gängigen Verfah- ren durch Aufbringen, Dotieren und Strukturieren verschiedener Halbleiterschichten erzeugt werden. Typische Materialsysteme sind auf Basis von GaN, einschließlich beispielsweise GaN, GaNP, GaNInP, GaNAlP und weitere. Die Vielzahl der lichtemittierenden Bauelemente weisen eine Hauptabstrahlrichtung auf, die vom Trä- gersubstrat wegzeigt. Zudem wird auf der vom Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der Vielzahl von lichtemittierenden Bau elementen jeweils ein elektrischer Kontakt vorgesehen. Weiter hin wird eine zumindest teilweise elektrisch leitende flächige Kontaktierungsschicht aufgebracht, die mit den elektrischen Kontakten Vielzahl der lichtemittierenden Bauelemente elektrisch verbunden ist. Die Kontaktierungsschicht kann in ei nem Aspekt sich über das Trägersubstrat erstrecken und die Bau elemente bedecken. Für das von den Halbleiterbauelementen im Betrieb ausgesendete Licht ist die Kontaktierungsschicht zumin- dest teilweise transparent ausgeführt. Auf der Kontaktierungs schicht wird wenigstens eine Leiterbahn vorgesehen, die mit der Kontaktierungsschicht elektrisch und flächig mit der Kontaktie rungsschicht verbunden ist. Hierbei ist die elektrische Leit fähigkeit der Leiterbahn größer ist als eine elektrische Leit- fähigkeit der Kontaktierungsschicht.
Die weiter oben vorgestellten Aspekte für eine reflektierende Schicht bzw. einen Spiegel können auch auf andere Designs von m-LED Realisierungen angewendet werden, beispielsweise auf die im Folgenden dargestellten vertikalen m-LEDs mit umlaufender Struktur. Für die Herstellung von m-LED- Displays eignen sich verschiedene Designs basierend auf vertikalen beziehungsweise horizontalen m-LED-Architekturen . Dabei kommt es vor allem auf kurze Schaltzeiten bei gleichzeitig ausreichender Stromtrage- fähigkeit an. Gleichzeitig soll das abgestrahlte Licht bereits möglichst kollimiert austreten.
Bei Verwendung von horizontalen m-LEDs werden in der Regel so wohl die Anoden- als auch die Kathoden-Kontakte mittels sepa- rierter metallischer Zuleitungsbahnen realisiert, beide Kon takte liegen auf der Chip-Unterseite. Sowohl für die Kathode als auch für die Anode werden die metallischen Zuleitungsbahnen zu jedem Pixel hingeführt. Bei Verwendung von vertikalen m-LED Chips wird der auf der Chip-Unterseite liegende Anodenkontakt durch separierte metallische Zuleitungsbahnen realisiert, der auf der Oberseite jedes Chips liegende Kathodenkontakt wird hingegen durch eine gemeinsame Kathode realisiert. In beiden Fällen sollten die Zuleitungen möglichst kurz sein, um parasi täre Kapazitäten gering zu halten. Die m-LEDs werden wie bereits erläutert entweder monolithisch oder auch einzeln hergestellt und dann auf einem Substrat wei terverarbeitet. Das Backplane (im Fall einer Bestückung eines Backplanes; bei monolithischem Aufbau kann dieses auch als Sub- straf dienen oder das Wachstummsubstrat wird durch das Backplane ersetzt) enthält die Ansteuerungselektronik. Bei der Ansteue rung unterscheidet man zwischen Passiv-Matrix-Backplanes mit IC-Schaltungen und Aktiv-Matrix-Backplanes mit TFT-Schaltkrei- sen. Bei Passiv-Matrix-Backplanes mit IC-Schaltungen zur An- Steuerung der Leuchtdiode werden in der Regel die Kathoden- und Anodenzuleitungen direkt zu den Pixeln beziehungsweise in Sub- pixeln geführt. Die Ansteuerung der Pixel beziehungsweise Sub pixel erfolgt über die mikro-integrierten Schaltkreise. Bei der Realisierung von Aktiv-Matrix-Backplanes erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Pixel mittels integrierter TFT- Schaltkreise (TFT = Thin Film Transistor) .
Es wird nun eine Anordnung vorgeschlagen, bei den die Zuleitun- gen kurz gestaltet werden können, umso hohe Schaltzeiten zu erhalten. Zudem ist ein gemeinsamer Kathoden bzw. Anodenan schluss realisiert. Diese Anordnung eignet sich besonders, um Pixel für ein m-Displaymodul zu erzeugen, die wiederum indivi duell adressier- und ansteuerbar sind. Der Aufbau kann zusätz- lieh mit weiteren Maßnahmen ergänzt werden, beispielsweise die oben genannten umlaufenden Spiegelstrukturen. Dadurch wird in einigen Aspekten auch ein optisches Übersprechen in benachbarte Pixel reduziert. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung, mit einem Sub strat und einem an einer Seite des Substrats fixierten m-LED Rohchip vorgeschlagen. Dieser weist an einer dem Substrat ab gewandten Seite einen elektrischen Kontakt auf, der mittels einer Verspiegelung an einen elektrischen Steuerungskontakt elektrisch angeschlossen ist, wobei die Verspiegelung die den Rohchip zugewandte Substratoberfläche zumindest teilweise be deckt .
Die Verspiegelung übernimmt somit zwei Funktionen. Zum einen dient sie zur Umlenkung von Licht in die Abstrahlrichtung, zum andere übernimmt sie einen Stromtransport. Mittels des gemein samen Deckkontakts beziehungsweise der gemeinsamen Deckelekt rode können schnelle Schaltzeiten für m-Displays realisiert werden. Dies ermöglicht die Bereitstellung von Pulsweitenmodu- lation-Dimm-Konzepten, insbesondere zur Verbesserung einer Pa nel-Effizienz in Kombination mit einer Verbesserung optischer Parameter, wie es beispielsweise eine Winkelabhängigkeit einer Emission und der Kontrast sind. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung wird als erstes ein Substrat mit einer Anzahl von Kontakten auf der Oberfläche bereitgestellt und an einem dieser Kontakte ein m- LED-Rohchip befestigt. Die Befestigung kann herkömmliche Trans fer- und Befestigungstechniken verwenden, die zum Teil in dieser Offenbarung ebenfalls vorgestellt sind. Der m-LED Rohchip ist als vertikaler Rohchip ausgeführt und umfasst auf einer der Substratoberfläche ebenfalls einen Kontakt. Es wird eine Ver spiegelungsschicht auf der Substratoberfläche ausgebildet, die elektrisch mit einem elektrischen Steuerungskontakt auf der Oberfläche des Substrats in Verbindung steht und die Oberfläche wenigstens teilweise bedeckt. In einem letzten Schritt wird eine transparente Deckelektrode auf dem weiteren Kontakt ausgebil det, welche die Verspiegelungsschicht elektrisch kontaktiert. Weiter lässt sich durch die Verwendung einer Verspiegelung zur Stromaufweitung, zur Verbesserung der Stromtragfähigkeit und der Schaltzeiten ebenso in Kombination mit Kavitätsstrukturen realisieren. Derartige Kavitäten können dann ebenso der Verbes serung der Auskoppeleffizienz, der Winkelabhängigkeit von Emis- sionen sowie des Kontrasts dienen. Zu diesem Zweck umfasst ein einigen Aspekten das Substrat eine Erhebung, welche den m-LED Rohchips umgibt. Alternativ kann anstatt einer Erhebung auch eine Kavität in der Substratoberfläche vorgesehen werden, in der der m-LED Rohchip angeordnet ist. Neben einem m-LD Rohchip lassen sich auch drei m-LED-Rohchip so umgeben oder anordnen, so dass diese als Subpixel gemeinsam ein Pixel bilden.
In beiden Fällen sind optional abgeschrägten Seitenflächen der Kavität oder der Erhebung mit der Verspiegelung versehen. Diese Struktur ist ähnlich der obengenannten. Der Winkel dieser Sei tenflächen mit der Substratoberfläche kann je nach gewünschter Charakteristik unterschiedliche Werte annehmen. Insbesondere kann dieser sich auch ändern so dass die Seitenflanken einen parabelförmigen oder anderen nichtlinearen Verlauf zeigen. In einigen Aspekten kann die in dieser Anmeldung offenbarte umlau fende Spiegelstruktur verwendet werden. Die Höhe der Erhebung oder die Tiefe der Kavität ist so gewählt, dass der m-LED Roh chip mit der Oberseite der Erhebung oder der Kavität abschlie ßen. Dadurch kann die Deckelektrode abschließen. Dies ist ins- besondere dann zweckmäßig, wenn die Verspiegelung auf der Ober seite angeordnet ist, so dass Deckelektrode auf der Verspiege lungsschicht aufliegt.
In einigen Aspekten ist ein Zwischenraum zwischen m-LED-Rohchips oder auch der Bereich innerhalb einer Erhebung oder eine Kavität mit einer transparenten Isolationsschicht aufgefüllt, welches die Rohchips somit umgibt. Die transparente Isolationsschicht schließt insbesondere auf der Höhe des abgewandten Kontakts des Rohchips ab, so dass die Deckelekektrode auf dem isolierenden Material aufliegt.
In einigen Aspekten umgibt die auf der Substratoberfläche und ggf. umlaufenden Struktur angeordnete Spiegelfläche nicht nur einen, sondern eine Vielzahl von Rohchips. Diese können als redundante Chips ausgeführt sein, so dass bei Ausfall eines Chips der jeweils andere die Funktion übernehmen kann. Durch eine umlaufende angeordnete Spiegelfläche wird eine gleichmä ßigere Abstrahlung erzeugt. Ebenso kann innerhalb der umlaufen den Spiegelfläche mehrere Rohchips zur Erzeugung von Licht un- terschiedlicher Wellenlänge angeordnet sein. Eine umlaufende Spiegelfläche kann verschiedene Pixel voneinander trennen, so dass ein optisches Übersprechen zwischen Pixeln reduziert wird.
Die Verspiegelung ist in Reihe zu der Deckelektrode und dem Steuerungskontakt des Substrats geschaltet und umfasst ein hoch- reflektives Material, insbesondere aus Al, Ag, AgPdCu, Nd, Nb, La, Au, Cu, Pd, Pt, Mg, Mo, Cr, Ni, Os, Sn, Zn sowie Legierungen oder Kombinationen hiervon. Diese weiteren auch den Strom wirk sam auf. Die Deckelektrode kann eine transparente elektrisch leitfähige Oxidschicht, insbesondere ein Material aus ITO, IGZO, aufweisen. Weitere Beispiele für Deckelektrodenmaterial können transparente leitfähige Oxide, wie beispielsweise Metalloxide, Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Indium dotiertes Zinnoxid (ITO), Aluminium dotiertes (AZO) , Zn2SnÜ4, CdSnÜ3, ZnSnÜ3, In4Sn3Üi2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter lei tender Oxide sein.
Die transparente Isolationsschicht kann SiO oder andere hier genannte isolierende transparente Materialien umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der direkte elektrische Kontakt der Deckelektrode mit der Verspiegelung mittels einer kontaktierenden Überlappung einer Deckelektrodenfläche und ei ner Verspiegelungsfläche, insbesondere auf der Oberfläche der Erhebung oder an einem Ende einer Ausnehmung oder Kavität, ge schaffen sein. Auf diese Weise ist weiter ein zuverlässiger niederohmiger Kontakt bereitstellbar. Gerade bei mehreren sol cher in Reihe angeordneter Kavitäten oder Erhebungen kann die Deckelektrode an mehreren Verspiegelungsschichten aufliegen. Dadurch lässt sich der Strom großflächig und an mehreren Posi tionen in die Deckelektrode einbringen.
In einigen Aspekten verläuft die Verspiegelungsschicht entlang der Oberfläche des Substrats und insbesondere teilweise um den oder die m-LED Rohchips. Dadurch wird großflächig auch auf der Substratoberfläche die Reflektion erhöht.
Um eine Kontaktierung zu gewährleisten ist ein direkter elektri- scher Kontakt der Deckelektrode mit der Verspiegelung durch eine Durchkontaktierung oder ein Via des Verspiegelungsmaterials durch eine Planarisierungs- und/oder Isolationsschicht hindurch vorgesehen. Es entfallen zusätzliche Prozessschritte zur Rea lisierung eines metallischen Kontakts zwischen dem leitfähigen Oxid der Deckelektrode zu den Kontaktbereichen auf dem Back plane/Substrat. Es kann eine einfache Brücke vom beispielsweise ITO-Deckkontakt zum CrAl-Kontaktbereich für ein ACF-Bonden ge schaffen werden. Dies kann zu einer weiteren Kosteneinsparung führen. Diese Durchkontaktierung kann ein als Öffnungen reali- siert werden. In anderen Ausführungen kann jedoch auch ein Gra ben oder andere Struktur in der transparenten Isolationsschicht vorgesehen werden dessen Innenwände mit einer leitendend re flektierenden Schicht zur Kontaktierung aufgefüllt werden. Dadurch wird einerseits ein guter elektrischer Kontakt geschaf- fen, andererseits eine reflektierende Struktur erzeugt und ne ben einer guten Lichtreflektion in einigen Bereichen auch ein optisches Übersprechen reduziert.
In einigen Fällen, ist die Isolationsschicht am Rand eines Pi- xels abgeschrägt und es liegt dort die Verspiegelungsschicht frei. Die Deckelektrode erstreckt sich entlang dieser schrägen Fläche und kontaktiert so die Verspiegelungsschicht. Auf diese Weise ist weiter eine kompakte Bauweise bereitstellbar. Die Flanken oder Innenwände der Öffnung weisen einen Winkel je nach gewünschter Abstrahlcharakteristik auf. Diese können den hier offenbarten entsprechen. Auf diese Weise sollen weiter Materi albrüche an Übergangs-Kanten vermieden werden.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Herstellung eines Pixels oder eines m-LED Moduls, welches eine Vielzahl dieser m- LED-Rohchips umfasst, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jedes Pixel kann in einer Kavität eingebettet oder von einer Erhebung umgeben sein. Die Deckelektrode lässt sich so als ge meinsamen Anschluss für eine Vielzahl derartiger m-LED-Rohchips verwenden. Auf der Deckelektrode können zudem Auskoppelstruk turen vorgesehen werden. Hier wären vor allem die hier offen barten photonischen Strukturen zu nennen, die geeignet sind, Licht weiter zu kollimieren. Auch Konverter lassen sich auf der Deckelektrode anbringen. Auf diese Weise kann ein m-LED-Rohchip Typ verwendet werden, der beispielsweise blaues Licht erzeugt, um dieses mittels der Konverterschicht zu wandeln. In diesem Fall können auf der Deckelekektrode weitere reflektierende Strukturen aufgebaut werden, damit ein optisches Übersprechen in ein anderes Pixel vermieden wird. Zudem sind auch hier wieder photonische Strukturen denkbar, die das konvertierte Licht kol limieren .
Nano-Leuchtdiodenanordnungen die in einer Matrixanordnung auf gebracht sind und vertikale geschichtete Nanosäulen oder Nano Rods umfassen, sind bereits im Zusammenhang mit der stimulierten Emission in der geschlitzten Antennenstruktur in dieser Anmel dung beschrieben. Eine Eigenschaft der Nanosäulen ist ihr hohes Aspektverhältnis, d.h. ihre Höhe im Vergleich zu ihrer Grund fläche, die typischerweise im Bereich von 1 pm2 und kleiner ist.
Gegenüber Leuchtdioden mit planar ausgedehnten Halbleiter schichtenstapeln bietet die Quasi-Eindimensionalität einer Na- nosäule und die daraus folgende verringerte Anforderung an die Gitteranpassung den Vorteil einer flexibleren Materialzusammen- Stellung für die Ausbildung der aktiven Schicht. Daraus resul tiert eine verbesserte spektrale Einsteilbarkeit der Lichtemis sion, die zusätzlich durch den gezielten Einbau von Verspannun gen und die Festlegung der Ausdehnung der aktiven Schicht be- einflusst werden kann. Daraus resultiert die Möglichkeit der oben beschriebenen stimulierten Emission. Allerdings kann auch mit unterschiedlichen Materialsystemen und/oder Verspannungen oder Dotierung Säulen für die Emission verschiedenfarbigen Lichts erzeugt werden.
Je nach Herstellungsvariante werden Nanosäulen ausgehend von einem planaren Halbleiterschichtsystem mit Lagen, die einen un terschiedlichen Leitungstyp (n- oder p-Dotierung) aufweisen, hergestellt. Eine aktive Schicht in dem Halbleiterschichtsystem weist typischerweise eine QuantentopfStruktur auf. Mittels fo tolithografischen Techniken erfolgt dann eine Strukturierung, die mindestens in die Tiefe der aktiven Schicht reicht und die dazu dient, Nanosäulen mit einer lateral begrenzten scheiben förmigen aktiven Zone, aus dem planaren Halbleiterschichtsystem herauszuarbeiten.
Eine zweite Herstellungsvariante für eine Nano-Leuchtdiodenan- ordnung wird durch ein epitaktisches Aufwachsen von Nano- schichtstrukturen in Form aufrecht stehender Nanosäulen aus III- V-Halbleitern, insbesondere (AlxInyGai-x-y) N, ausgehend von einer strukturierten n-Galliumnitiridschicht auf einem Trägersub strat, wie AI2O3, SiC oder ZnO. Die Nanosäulen weisen einen Core- Shell-Aufbau mit einem langgestreckten Kern (core), eine diesen überdeckende aktive Schicht und eine Umhüllungsschicht ( Shell) mit einer vom Material des Kerns abweichenden Ladungsträgerpo larität auf.
Der Bereich zwischen benachbarten Nanosäulen wird mit einem isolierenden Material gefüllt, das als Unterlage einer trans- parenten Kontaktierungsschicht dient. Alternativ kann die obere Kontaktschicht Brückenstrukturen bilden, die luftgefüllte Ab schnitte zwischen den Nanosäulen überspannen.
Ausgangspunkt der folgenden Überlegungen zur Verbesserung einer Nano-Leuchtdiodenanordnung ist eine Anordnung, die ein Trä gersubstrat und eine mit dem Trägersubstrat wenigstens mittel bar verbundene und von diesem aus in eine Längsrichtung weisende Nanosäule aufweist. Bevorzugt liegt eine Matrixanordnung mit mehreren Nanosäulen auf dem Trägersubstrat vor. Dabei weist jede Nanosäule eine Halbleiterabfolge mit mindestens einer aktiven Schicht auf, die elektromagnetische Strahlung erzeugt und so angelegt ist, dass wenigstens ein Teil der Strahlungsemission quer zur Längsrichtung erfolgt. Nach dem vorgeschlagenen Kon zept ist auf dem Trägersubstrat lateral zur Nanosäule eine Re flektorvorrichtung angeordnet, die die Strahlungsemission quer zur Längsrichtung wenigstens teilweise in eine parallel zur Längsrichtung verlaufende Hauptabstrahlrichtung umlenkt. Damit wird der Abstrahlwinkel der Nano-Leuchtdiodenanordnung verrin gert und durch die damit erreichte Vorkollimation eine Strah leinkopplung in im Strahlengang nachfolgende, optische Kompo nenten erleichtert.
Für eine vorteilhafte Ausgestaltung umfasst die Reflektorvor richtung ein erstes reflektives optisches Element und ein zwei tes reflektives optisches Element, die auf unterschiedlichen Seiten einer zugehörigen Nanosäule angeordnet sind. Vorteilhaft ist ferner, jeweils zwischen zwei benachbarten Nanosäulen eine Reflektorvorrichtung vorzusehen.
Die elektromagnetische Strahlung emittierende Nanosäule kann Teil eines Pixels für eine Beleuchtungs- oder Displayvorrich tung sein. Für eine mögliche Ausführung weist jedes Pixel eine einzelne Nanosäule und eine ihr zugeordnete und diese umgebende Reflektorvorrichtung auf. Für eine weitere Ausgestaltung um fasst ein Pixel nach einigen Aspekten mehrere Nanosäulen, wobei die dem Pixel zugeordnete Reflektorvorrichtung die Nanosäulen des Pixels umranden kann. Für eine Ausgestaltungsalternative liegen mehrere Reflektorvorrichtungen innerhalb eines Pixels vor, wobei für jede der Nanosäulen des Pixels eine separate Reflektorvorrichtung vorgesehen ist.
Ein Pixel kann für eine spektrale Anpassbarkeit der Lichtemis sion, beispielsweise als RGB-Pixel, angelegt sein. Für Ausfüh rungen mit mehreren Nanosäulen pro Pixel können diese für un- terschiedliche Farben vorgesehen sein. Denkbar ist sowohl eine Anpassung der aktiven Schicht der jeweiligen Nanosäule oder eine Farbenstellung durch eine lokale Einbettung der Nanosäulen in unterschiedliche Lichtkonversionsmaterialien. Des Weiteren sind die n- und/oder die p-Kontakte strukturiert ausgebildet, sodass ein Pixel und/oder Teile eines Pixels, insbesondere einzelne Nanosäulen oder Nanosäulengruppen, einzeln bestrombar sind.
Für eine Ausführung weist die Nano-Leuchtdiodenanordnung eine Formschicht auf, die monolithisch mit einer Schicht der Halb- leiterabfolge der Nanosäule ausgebildet ist. Diese Schichten können einteilig angelegt sein und resultieren aus einem ge meinsamen Herstellungsverfahren oder aus nacheinander ausge führten Herstellungsschritten mit demselben Substrat. Zur Verbesserung des Reflexionsgrads weist die Reflektorvor richtung in einigen Aspekten eine metallische Reflexionsschicht und/oder einen Braggspiegel auf. In weiteren Aspekten weist die Ausführung eine Fresnel-Linsenanordnung auf, die in die Reflek torvorrichtung aufgenommen wurde, um die Kollimationswirkung weiter zu verbessern. Ferner wird für eine Weitergestaltung im Strahlengang zwischen der Nanosäule und der Reflektorvorrich tung ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet, wobei ein einer ersten Nanosäule zugeordnetes erstes Wellenlängenkonver sionselement zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung an- gelegt ist, die sich spektral von der Abstrahlung eines einer zweiten Nanosäule zugeordneten zweiten Wellenlängenkonversions elements unterscheidet. Für eine Ausführungsalternative der Nano-Leuchtdiodenanordnung weist zumindest ein Teil der Nano- säulen eine Lateralrichtung auf, in der keine Reflektorvorrich- tung angeordnet ist. Stattdessen kann in diese Richtung zwischen benachbart angeordneten Nanosäulen ein optisches Trennelement vorgesehen sein.
Das Verfahren zur Herstellung einer Nano-Leuchtdiodenanordnung nach diesen Prinzipien umfasst eine fotolithografische Struk turierung wenigstens einer Formschicht der Reflektorvorrichtung und/oder eine Schicht der Halbleiterabfolge der Nanosäule. Wei terhin ist eine Strukturierung der Reflektorvorrichtung mit ei nem anisotropen Ätzverfahren vorgesehen sowie die Anwendung ei- ner Ätzstoppschicht zur Ausbildung der Nanosäule mit einem hohen Aspektverhältnis. Für ein weiteres bevorzugtes Herstellungsver fahren wird die Formschicht der Reflektorvorrichtung und/oder eine Schicht der Halbleiterabfolge der Nanosäule epitaktisch aufgewachsen . Eine weitere Herstellungsalternative bietet ein Nanostempelverfahren .
Wie bereits mehrfach angesprochen wird zur Verminderung eines Lichtverlustes, das an den Seitenwänden austretende Licht durch eine Reflektorschicht umgelenkt. In einem anderen Ansatz wird eine reflektierende Grenzfläche vorgeschlagen, die direkt auf der Seitenfläche des optoelektronischen Bauelements angeordnet ist. Entsprechend lässt sich dieser Ansatz sowohl in monolithi schen aufbauten als auch bei einzelnen optoelektronischen Bau elementen realisieren. Ebenso kann dieser Ansatz bei einer m- LED-Nanosäule oder einem Halbleiterschichtenstapel vorgesehen, wie sie beispielsweise in der Antennenstruktur vorgeschlagen wird . In einem Aspekt umfasst eine optoelektronische Vorrichtung we nigstens eine auf Halbleitermaterialien basierende optoelekt ronische Lichtquelle, insbesondere in Form einer m-LED, die eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht aufweist, wobei an einer Oberseite der Lichtquelle eine Lichtaustrittsfläche für das er zeugte Licht ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle neben der Oberseite wenigstens eine weitere Grenzfläche aufweist, die die Lichtquelle an der Seite und/oder nach unten begrenzt, und wobei an der Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, das erzeugte Licht zu reflektieren.
Im Gegensatz zu oder in Ergänzung zu den anderen Maßnahmen eines reflektierenden Spiegels wird hier ein dieelektrischer Reflek tor direkt auf der Grenzfläche aufgebracht. Ohne den dielektri- sehen Reflektor könnte Licht, das in der Lichtquelle erzeugt wird, zur Seite und/oder nach unten entweichen und insbesondere in ein Material eines Trägers der Vorrichtung gelangen, das die Lichtquelle umgibt. Demgegenüber reflektiert der dielektrische Reflektor wenigstens teilweise Licht, das auf die Grenzfläche auftrifft, wieder zurück in das Innere der Lichtquelle. Durch die Verwendung des elektrischen Reflektors kann somit wenigs tens teilweise verhindert werden, dass Licht zur Seite und/oder nach unten aus der Lichtquelle entweicht. Das zurückreflektierte Licht entweicht im Idealfall, zum Beispiel nach weiteren Refle- xionen, durch die Lichtaustrittsfläche. Durch den dielektri schen Reflektor kann somit die Lichtausbeute gesteigert werden. Gleichzeitig ist das Bauelement sehr klein.
Die Grenzfläche kann eine in Umfangsrichtung um die Lichtquelle umlaufende Seitenfläche und eine Unterseite der Lichtquelle aufweisen, wobei die Unterseite der Oberseite gegenüberliegt. Der dielektrische Reflektor kann ausschließlich an der Seiten fläche oder ausschließlich an der Unterseite angeordnet sein. Alternativ kann der dielektrische Reflektor sowohl an der Sei- tenfläche als auch an der Unterseite angeordnet sein. Mit Aus nahme der Oberseite kann der dielektrische Reflektor daher an der gesamten, die Lichtquelle begrenzenden Grenzfläche angeord net sein. Der dielektrische Reflektor kann somit - mit Ausnahme der Oberseite - die gesamte Lichtquelle umgeben, wodurch eine verhältnismäßig große Steigerung der Lichtausbeute erreicht werden kann.
Der dielektrische Reflektor kann eine, insbesondere periodische oder nicht-periodische, Abfolge von einer Anzahl an übereinan derliegenden Materialschichten aufweisen, wobei wenigstens zwei direkt aufeinanderfolgende Materialschichten unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Insbesondere kann der dielektrische Reflektor aus einer periodischen Abfolge von zwei alternieren- den, dielektrischen Materialschichten bestehen, die unter schiedliche Brechungsindizes aufweisen. Die Dicke der Materi alschichten kann an eine Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichts angepasst sein, um eine möglichst hohe Re- flektion zu erreichen.
Eine nicht-periodische Abfolge von Materialschichten kann zu mindest in manchen Ausgestaltungen - im Vergleich zu einer pe riodischen Schichtenabfolge - mit dünneren Schichten eine ver gleichbare Spiegelwirkung erzeugen. Insbesondere kann der die- lektrische Reflektor als ein Bragg-Spiegel ausgebildet sein. Bragg-Spiegel sind an sich bekannt. Sie werden auch als distri- buted Bragg reflector, abgekürzt DBR, bezeichnet.
Ein Bragg-Spiegel kann aus einer periodischen Anordnung von zwei alternierenden, dünnen Materialschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet sein. Meist bestehen die Schichten aus auf Halbleitermaterialien basierenden Dielektrika. An einer Grenzfläche zwischen zwei Materialschichten wird ein Teil des einfallenden Lichts gemäß den sogenannten Fresnelschen Formeln reflektiert. Es bildet sich eine konstruktive Interferenz zwi schen den reflektierten Strahlen aus, wenn die Wellenlänge nahe dem Vierfachen der optischen Wellenlänge in der jeweiligen Ma terialschicht liegt.
Der Wellenlängenbereich, in welchem die Reflexion von Bragg- Spiegeln, insbesondere bei senkrecht einfallendem Licht, sehr hoch ist und zumindest theoretisch bei einer sehr hohen Anzahl von alternierenden Schichten auch 100% erreichen kann, heißt Stoppband. Licht, dessen Wellenlänge innerhalb des Stoppbands eines Bragg-Spiegels liegt, wird zumindest in einem hohen Maße reflektiert und kann im Idealfall nicht durch den Bragg-Spiegel propagieren .
Der als Bragg-Spiegel ausgebildete Reflektor ist daher bevor zugt so ausgebildet, dass die Wellenlänge des von der Licht quelle emittierten Lichts innerhalb des Stoppbands liegt, ins besondere in dessen Mitte. Die Materialschichten des Bragg- Reflektors sind dann von ihrer Dicke her auf die Wellenlänge des emittierten Lichts abgestimmt. Die optische Dicke der Schichten beträgt dabei vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge des emittierten Lichts. Die optische Dicke entspricht dem Pro dukt aus Schichtdicke und optischem Brechungsindex.
Einige Aspekte dieses Konzeptes betreffen auch eine optoelekt ronische Einrichtung, wie zum Beispiel eine Displayanordnung oder ein monolithisches Array oder ein Schweinwerfer, wie bei spielsweise ein Matrix-Scheinwerfer, wobei die optoelektroni sche Einrichtung eine Vielzahl der vorgeschlagenen optoelekt ronischen Vorrichtungen aufweist, wobei die Lichtquellen der optoelektronischen Vorrichtungen arrayartig angeordnet sind. Jede Lichtquelle kann ein Pixel der Displayordnung oder des monolithischen Arrays bilden. Es kann vorgesehen sein, dass jede Lichtquelle Licht in einer Farbe von einer Anzahl an vorgege benen Farben, zum Beispiel rot, grün und blau, emittiert. Jede Lichtquelle kann ein Subpixel eines Pixels bilden, wobei ein Pixel von mehreren Lichtquellen gebildet wird, von denen jeweils eine Lichtquelle Licht in einer der Farben emittiert. Die Lichtquellen der optoelektronischen Vorrichtungen können in einen Träger eingebettet sein, insbesondere derart, dass nur die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen freie, außenliegende Oberflächen darstellen, während eine jeweilige Grenzfläche der Lichtquellen von Trägermaterial umgeben ist. Der dielektrische Reflektor einer optoelektronischen Vorrichtung kann sich dabei zwischen der Grenzfläche der Lichtquelle und dem Trägermaterial befinden. Der Träger kann zum Beispiel eine oder mehrere Schich ten von Halbleitermaterialien aufweisen. Die Schichten können elektrische Leitungen umfassen, zum Beispiel in Form von einer oder mehreren Ebenen von Leiterbahnen. Ebenso können elektro nische Schaltungen zur Versorgung der Lichtquellen oder ihrer Ansteuerung vorhanden sein. Beispielsweise kann mittels der Leiterbahnen eine elektrische Stromversorgung der Lichtquellen erfolgen .
Weitere Aspekte des vorgestellten Konzeptes betreffen auch ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, insbesondere Displayvorrichtung oder Scheinwerfer, bei dem eine auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Licht- quelle bereitgestellt wird, wobei die Lichtquelle eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht und an einer Oberseite eine Licht austrittsfläche für das erzeugte Licht aufweist, und wobei an wenigstens einer Grenzfläche der Lichtquelle ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausgebildet ist, das er- zeugte Licht zu reflektieren, und wobei die Grenzfläche die Lichtquelle zur Seite und/oder nach unten begrenzt.
Die Grenzfläche kann mit Ausnahme der Oberseite die verbleibende Außenseite der Lichtquelle bilden. Der Reflektor kann die Grenz- fläche ganz oder wenigstens teilweise abdecken. Ebenso soll ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektroni schen Einrichtung, wie beispielsweise eine Displayanordnung o- der eine Scheinwerferanordnung vorgestellt werden, in einigen Aspekten werden bei dem Verfahren die Lichtquellen einer Viel- zahl von erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtungen ar- rayartig angeordnet und derart in einen Träger eingebettet wer den, dass nur die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen freie, außenliegende Oberflächen darstellen, während Material des Trä gers die Grenzflächen der Lichtquellen umgibt. Zwischen dem Material des Trägers und einer jeweiligen Grenzfläche einer Lichtquelle kann ein dielektrischer Reflektor angeordnet wer den. Dieser Schritt kann vor der Einbettung einer Lichtquelle in den Träger erfolgen. Das vorgeschlagene Konzept betrifft auch ein Verfahren zur Her stellung einer optoelektronischen Einrichtung, zum Beispiel ei nes monolithischen Arrays oder eines Scheinwerfers, insbeson dere mit einer Vielzahl der vorgeschlagenen optoelektronischen Vorrichtungen bzw. m-LEDs . Bei dem Verfahren werden eine Viel- zahl auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Lichtquellen arrayartig auf einem Träger derart ausgebildet, dass jede Lichtquelle eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht und eine freie, außenliegende Oberseite als Lichtaustrittsflä che für das Licht aufweist, und wobei für jede Lichtquelle an wenigstens einer, die Lichtquelle gegenüber einem Material des Trägers zur Seite und/oder nach unten begrenzenden Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausge bildet ist, das erzeugte Licht zu reflektieren. Das Anordnen des dielektrischen Reflektors kann umfassen, dass Material für den dielektrischen Reflektor mittels Atomlagenab scheidung aufgetragen wird. Die Methode der Atomlagenabschei dung wird auch als „atomic layer deposition" bezeichnet. Die Materialen zur Bildung des dielektrischen Reflektors können da- bei in extrem dünnen Schichten abgeschieden werden. Es können Schichtdicken realisiert werden, die atomaren Monolagen ent sprechen. Damit ist es möglich, Schichten mit genau definierten Dicken auch auf nicht-planaren (beispielsweise gekrümmten) Oberflächen abzuscheiden. Durch Atomlagenabscheidung lässt sich auf einfache Weise insbesondere ein als Bragg-Spiegel ausgebil deter Reflektor hersteilen.
Als Material für die dielektrischen Schichten des Reflektors mit hohem Brechungsindex können beispielsweise Nb2Ü5, TΊO2, ZrÜ2, Hf02, AI2O3, Ta2Ü5 oder ZnO verwenden werden. Für die dielektri schen Schichten mit niedrigem Brechungsindex können beispiels weise Si02, SiN, SiON oder MgF2 eingesetzt werden.
Das Anordnen des dielektrischen Reflektors kann umfassen, dass das Material für wenigstens eine Schicht des dielektrischen Reflektors mittels eines ersten Verfahrens und dass das Material für die anderen Schichten mittels eines zweiten Verfahrens an geordnet wird. Insbesondere eine direkt an die Grenzfläche einer Lichtquelle angrenzende Schicht kann mittels des ersten Verfah- rens angeordnet werden. Bei dem ersten Verfahren kann es sich beispielsweise um ein Gasphasenabscheidungsverfahren handeln, wie insbesondere CVD (für Chemical vapor deposition) oder PE- CVD (für plasma-enhanced Chemical vapor deposition) . Dadurch können Unebenheiten an der Grenzfläche, beispielsweise eine raue Oberfläche resultierend aus einem Ätzprozess, durch eine kon formere Abscheidung überdeckt werden. Die weiteren Schichten des dielektrischen Spiegels können sodann auf einer glatten Oberfläche erzeugt werden. Bei dem zweiten Verfahren kann es sich um Atomlagenabscheidung handeln. Dadurch können Schichten für den dielektrischen Re flektor mit definierten Dicken gebildet werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Einrichtung bzw. ein, insbesondere mit einer Vielzahl der hier vorgestellten optoelektronischen Vor richtungen, wobei bei dem Verfahren auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Lichtquellen arrayartig auf einem Träger derart angeordnet werden, dass jede Lichtquelle eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht und an der Oberseite eine freie, außenliegende Oberseite als Lichtaustrittsfläche für das Licht aufweist, wobei die Lichtquellen derart angeordnet wer den, dass zwischen benachbarten Lichtquellen an der Oberseite ein zumindest geringfügiger Spalt mit einem dahinterliegenden Zwischenraum vorhanden ist, wobei für jede Lichtquelle an we nigstens einer, die Lichtquelle gegenüber einem Material des Trägers zur Seite und/oder nach unten begrenzenden Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausge bildet ist, das in der Lichtquelle erzeugte Licht zu reflektie- ren, und wobei die dielektrischen Reflektoren der Lichtquellen dadurch ausgebildet werden, dass, zum Beispiel mittels Atomla genabscheidung, Material für die dielektrischen Reflektoren von der Oberseite her in den jeweiligen Spalt zwischen benachbarten Lichtquellen eingebracht wird und die dielektrischen Reflek- toren in dem jeweiligen, sich hinter einem Spalt befindenden Zwischenraum ausgebildet werden.
Zumindest die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen können ab gedeckt werden, insbesondere mit einer Fotomaske, während die dielektrischen Reflektoren in den Zwischenräumen ausgebildet werden. Die Fotomaske kann nach der Fertigstellung der Reflek toren entfernt werden. Bei dem beispielhaft genannten Schein werfer kann es sich um einen Matrix-Scheinwerfer handeln. Ent sprechend kann es sich bei der Scheinwerferanordnung um eine Matrix-Scheinwerferanordnung handeln.
Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit einer Verbesserung der Abstrahlcharakteristik einer m-LED, der ein dielektrischer Fil ter mit zusätzlich reflektierenden Seiten aufgesetzt wird. Ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere eine m-LED gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst min destens ein Halbleiterelement, einen dielektrischen Filter so wie ein reflektierendes Material. Ferner kann das optoelektro nisches Bauelement Komponenten enthalten, beispielsweise die in dieser Anmeldung beschriebenen Komponenten.
Das mindestens eine Halbleiterelement enthält eine aktive Zone, die zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist. Es kann insbeson dere als vertikale oder horizontale m-LED ausgeführt sein. Maß- nahmen wir Quantenwellintermixing und ähnliches sind möglich, um die Effizienz des Bauelementes bereits zu erhöhen. Weiterhin weist das mindestens eine Halbleiterelement eine erste Haupt oberfläche, eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche sowie mindestens eine Seitenfläche auf, die sich zwischen den beiden Hauptoberflächen erstreckt. Bei spielsweise kann das mindestens eine Halbleiterelement drei o- der vier oder mehr Seitenflächen aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, dass das mindestens eine Halbleiterelement runde Haupt oberflächen aufweist und daher nur über eine Seitenfläche ver- fügt.
Das dielektrische Filter ist oberhalb der ersten Hauptoberflä che des mindestens einen Halbleiterelements angeordnet und der art ausgebildet, dass er nur Licht, das in vorgebebenen Rich- tungen in den dielektrischen Filter eintritt, transmittiert bzw. durchlässt .
Beispielsweise kann das dielektrische Filter derart ausgestal tet sein, dass er nur Licht in einem vorgegebenen Winkelkegel transmittiert. Der Winkelkegel ist dabei mit seiner Achse senk recht zur ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Halblei terelements ausgerichtet. Der Winkel zwischen der Mantelfläche bzw. den Mantellinien des Kegels und der Achse des Kegels, d. h. der halbe Öffnungswinkel des Kegels, kann einen vorgegebenen Wert aufweisen. Beispielsweise kann der halbe Öffnungswinkel des Kegels höchstens 5° oder höchstens 15° oder höchstens 30° oder höchstens 60° betragen. Lichtanteile, die aus dem Halblei terelement in den dielektrischen Filter mit einem Winkel ein- treten, der innerhalb des vorgegebenen Winkelkegels liegt, wer den durchgelassen, die übrigen Lichtanteile werden im Wesent lichen nicht durchgelassen und beispielsweise in das Halblei terelement zurückreflektiert. Dies ermöglicht eine hohe Direk- tionalität des von der optoelektronischen Vorrichtung emittier ten Lichts .
Das dielektrische Filter kann derart ausgebildet sein, dass der Winkelkegel einen sehr kleinen Öffnungswinkel aufweist, was zur Folge hat, dass im Wesentlichen nur Licht, das senkrecht zur ersten Hauptoberfläche aus dem Halbleiterelement austritt, von dem dielektrischen Filter durchgelassen wird.
Das dielektrische Filter kann aus einem Stapel dielektrischer Schichten aufgebaut sein, die durch Beschichtung auf das Halb leiterelement aufgebracht werden und insbesondere eine hohe Transmission aufweisen. Beispielsweise können die dielektri schen Schichten in dem Stapel abwechselnd einen niedrigen und einen hohen Brechungsindex aufweisen. Als Material für die die lektrischen Schichten mit hohem Brechungsindex können bei spielsweise Nb205, Ti02, Zr02, Hf02, A12Ü3, Ta2Os oder ZnO verwen den werden. Für die dielektrischen Schichten mit niedrigem Bre chungsindex können beispielsweise Si02, SiN, SiON oder MgF2 ein gesetzt werden. Der Stapel aus dielektrischen Schichten mit abwechselnd hohen und niedrigem Brechungsindex kann als Bragg- Filter ausgebildet sein. Weiterhin kann das dielektrische Fil ter ein photonischer Kristall sein.
An der oder den Seitenflächen des mindestens einen Halblei terelements und des dielektrischen Filters ist das reflektie rende Material abgeschieden. Es kann vorgesehen sein, dass das reflektierende Material mindestens eine oder mehrere oder sämt liche Seitenflächen des mindestens einen Halbleiterelements be deckt. In gleicher Weise kann das reflektierende Material min destens eine oder mehrere oder sämtliche Seitenflächen des die lektrischen Filters bedecken. In einer Ausgestaltung umschließt das reflektierende Material sowohl das mindestens eine Halblei terelement als auch den dielektrischen Filter seitlich voll ständig .
Das reflektierende Material kann für das von dem mindestens einen Halbleiterelement emittierte Licht oder zumindest einen Wellenlängenbereich dieses Licht reflektierend sein. Folglich wird Licht, das durch die Seitenflächen des mindestens einen Halbleiterelements oder des dielektrischen Filters austritt, wieder zurückreflektiert, wodurch die Effizienz des optoelekt ronischen Bauelements erhöht wird.
Es können auch mehrere Bauelemente vorgesehen sein. Diese weisen ihrerseits eines oder mehrere Halbleiterelemente auf, von denen jedes die oben beschriebenen Eigenschaften besitzt. Auf den Halbleiterelementen ist jeweils ein dielektrischer Filter an geordnet. Zusätzlich sind die Halbleiterelemente von dem re flektierenden Material umgeben. Zusätzlich oder alternative, können auch mehrere Bauelemente mit ihren Halbleiterelementen von einem derartigen Spiegel umgeben sein. Beispielsweise er laubt eine derartige Ausgestaltung, eine Redundanz vorzusehen, so dass bei Ausfall eines Halbleiterelements ein redundantes Halbleiterelement die Funktion übernehmen kann. Die Halblei terelemente können beispielsweise in einem Array, d. h. einer regelmäßigen Anordnung, angeordnet sein.
Das optoelektronisches Bauelement kann in einem Display, d. h. einem Anzeigegerät enthalten sein. Jedes der Halbleiterelemente kann ein Pixel des Displays darstellen bzw. repräsentieren. Weiterhin kann jedes der Halbleiterelemente ein Subpixel eines Pixels darstellen, wobei jedes Pixel aus mehreren Subpixeln gebildet wird, die beispielsweise Licht mit den Farben Rot, Grün und Blau emittieren.
Durch das die einzelnen Halbleiterelemente und die jeweiligen dielektrischen Filter jeweils seitlich umgebende reflektierende Material wird ein hoher Kontrast zwischen benachbarten Pixeln erreicht. Ferner ist eine hohe Pixeldichte möglich. Gemäß einer Ausgestaltung sind die Halbleiterelemente als m-LEDs ausge führt. Eine m-LED verfügt über kleine laterale Ausdehnungen in der Licht emittierenden Ebene, insbesondere im gm-Bereich. Im Unterschied zu m-LEDs in einem monolithischen Array bilden se parate m-LEDs jeweils eine abgeschlossene Einheit, die einzeln und auch in größerem Abstand zueinander, gesetzt und betrieben werden können. Das von den Halbleiterelementen emittierte Licht kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV) -Licht und/oder Infrarot (IR) -Licht sein.
Neben Displays kann das optoelektronisches Bauelement gemäß dem ersten Aspekt der Anmeldung beispielsweise auch in AR (augmented reality; deutsch: erweiterte Realität ) -Anwendungen oder in an deren Anwendungen für pixelierte Arrays bzw. pixelierte Licht quellen eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung verlaufen mindestens eine oder meh rere oder sämtliche Seitenflächen des mindestens einen Halblei terelements in der Höhe der aktiven Zone schräg. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der jeweiligen Seitenfläche einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Halblei terelements einschließt, der ungleich 90° und insbesondere klei ner als 90° ist. Das mindestens eine Halbleiterelement kann auf seiner ganzen Höhe angeschrägt sein oder nur teilweise, wobei die aktive Zone auf jeden Fall im angeschrägten Bereich liegen sollte. Die ganz oder teilweise angeschrägten Seitenflächen können eine Grenzfläche zu einer Isolationsschicht mit einem niedrigen Brechungsindex bilden. Durch die angeschrägten Sei tenflächen wird in horizontaler Richtung emittiertes Licht in Richtung der Bauteiloberfläche reflektiert. Das mindestens eine Halbleiterelement kann einen ersten elektri schen Anschluss und einen zweiten elektrischen Anschluss auf weisen. Beispielsweise kann der eine Anschluss eine Kathode und der andere Anschluss eine Anode darstellen. Weiterhin kann das reflektierende Material elektrisch leitend sein und an den ers- ten Anschluss des mindestens einen Halbleiterelements elektrisch gekoppelt sein. Insbesondere kann der erste Anschluss mit einem n-dotierten Bereich des mindestens einen Halblei terelements verbunden sein. Das reflektierende Material stellt folglich sowohl eine optische Trennung zwischen benachbarten Pixeln her und bewirkt zudem einen elektrischen Kontakt zu dem mindestens einen Halbleiterelement.
Sofern mehrere optoelektronische Bauelemente mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen vorgesehen sind, kann das reflektie- rende sowie elektrisch leitende Material, welches die jeweili gen Halbleiterelemente umgibt, untereinander verbunden sein, was es ermöglicht, die ersten Anschlüsse der Halbleiterelemente von extern gemeinsam anzusteuern. Die zweiten Anschlüsse der Halbleiterelemente können in diesem Fall individuell ansteuer- bar sein, beispielsweise über die Unterseite der Halbleiterele mente. Da nur ein Kontakt mit einer guten Auflösung definiert werden muss, ist diese Ausgestaltung von Vorteil bei der Her stellung und erleichtert außerdem die Herstellung von sehr klei nen Pixeln, bei denen die Fläche nicht ausreichend wäre, um zwei voneinander getrennte Kontakte an der Chipunterseite anzubrin gen. Das reflektierende Material kann zum Beispiel ein Metall sein oder enthalten und galvanisch abgeschieden werden.
Unterhalb der zweiten Hauptoberfläche des mindestens einen Halb- leiterelements kann eine reflektierende Schicht angeordnet sein. Dadurch wird Licht, das durch die zweite Hauptoberfläche austritt, wieder in das Halbleiterelement zurückreflektiert und tritt vollständig durch die Oberseite aus des optoelektronischen Bauelements aus . Weiterhin kann die reflektierende Schicht elektrisch leitend sein und an den zweiten Anschluss des min destens einen Halbleiterelements gekoppelt sein. Beispielsweise kann der zweite Anschluss mit einem p-dotierten Bereich des mindestens einen Halbleiterelements verbunden sein. Die reflek tierende Schicht dient folglich neben ihren Reflexionseigen- schäften auch zur Schaffung eines elektrischen Kontakts mit dem mindestens einen Halbleiterelement. Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Anschluss jedes Halbleiterelements individuell ansteuerbar ist. Für die reflektierende Schicht kann, muss aber nicht das gleiche Material wie für das reflektierende Material verwendet werden. Zum Beispiel kann für die reflektierende Schicht ein Metall verwendet werden. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung kann die reflektierende Schicht elektrisch isolierend sein und ober halb und/oder unterhalb der reflektierenden Schicht können eine oder mehrere elektrisch leitende Schichten angeordnet sein, die insbesondere an den zweiten Anschluss des mindestens einen Halb- leiterelements gekoppelt sind. In diesem Fall kann die reflek tierende Schicht beispielsweise ein dielektrischer Spiegel sein und insbesondere über einer Metallschicht angeordnet sein. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dann über eine Durchführung durch die dielektrische Schicht oder über eine Seitenfläche der dielektrischen Schicht. Weiterhin kann eine elektrisch leitende sowie transparente Schicht oberhalb der reflektierenden Schicht, d. h. zwischen dem mindestens einen Halbleiterelement und der reflektierenden Schicht angeordnet sein. Als Material für die elektrisch leitende und transparente Schicht kann bei spielsweise Indiumzinnoxid (englisch: indium tin oxide; kurz: ITO) verwendet werden. Gemäß einer Ausgestaltung ist unter der elektrisch leitenden und transparenten Schicht, beispielsweise aus Indiumzinnoxid, und dem dielektrischen Spiegel ein Silberspiegel angeordnet. Alternativ können unterhalb des mindestens einen Halbleiterele ments nur eine elektrisch leitende und transparente Schicht, beispielsweise aus Indiumzinnoxid, und ein Silberspiegel ange ordnet sein.
Zwischen dem reflektierenden Material und der reflektierenden Schicht kann ein elektrisch isolierendes erstes Material ange- ordnet sein. Das elektrisch isolierende erste Material kann außerdem mit einer oder mehreren der Seitenflächen des mindes tens einen Halbleiterelements, insbesondere mit dem abgeschräg ten Teil der Seitenflächen, in direktem Kontakt stehen. Ferner kann das elektrisch isolierende erste Material einen niedrige- ren Brechungsindex als das mindestens eine Halbleiterelement, insbesondere als das mindestens eine Halbleiterelement im Be reich der Grenzfläche zu dem elektrisch isolierenden ersten Material, aufweisen. Das elektrisch isolierende erste Material bewirkt folglich eine elektrische Isolierung zwischen den ers- ten und zweiten Anschlüssen des mindestens einen Halbleiterele ments. Außerdem kann Licht an der Grenzfläche zwischen dem min destens einen Halbleiterelement und dem elektrisch isolierenden ersten Material aufgrund des Brechungsindexkontrasts zurückre flektiert werden.
Das elektrisch isolierende erste Material kann beispielsweise aus Si02 bestehen und in einem Abscheidungsverfahren, insbeson dere einem Gasphasenabscheidungsverfahren, beispielsweise mit TEOS (Tetraethylorthosilicat ) , oder einem anderen Verfahren, beispielsweise auf der Basis von Silan, abgeschieden werden, um hohe Aspektverhältnisse auffüllen zu können.
Zwischen dem mindestens einen Halbleiterelement und dem die- lektrischen Filter, d. h. auf der ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterelements, kann eine Schicht mit ei ner aufgerauten Oberfläche angeordnet sein, die zur Umlenkung von Licht in andere Raumrichtungen oder zur Streuung von Licht ausgebildet ist. Die Schicht kann eine Lambertsche Abstrahlcha- rakteristik aufweisen. Weiterhin kann die Schicht derart aus gebildet sein, dass Lichtanteile mit Winkeln jenseits des Gren zwinkels für Totalreflexion umgelenkt werden, sodass prinzipi ell alle Anteile ausgekoppelt werden können und nicht im Bauteil „gefangen" bleiben.
Die vorstehend beschriebene Schicht kann beispielsweise aus ei ner zufällig oder deterministisch strukturierten Halbleiter oberfläche bestehen. Die Oberfläche kann eine aufgeraute Struk tur mit schrägen Flanken aufweisen, wobei die aufgeraute Struk- tur im Fall von m-LEDs eine Höhe von maximal wenigen 100 nm hat. Die aufgeraute Struktur kann beispielsweise durch Ätzen erzeugt werden .
Es ist weiterhin möglich, auf die vorstehend beschriebene Schicht zu verzichten und stattdessen die erste Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterelements aufzurauen. Dazu kann beispielsweise eine zufällige oder deterministische Topologie in die erste Hauptoberfläche geätzt werden, um insbesondere eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik zu erzielen. Die aufgeraute erste Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterelements kann die gleichen Eigenschaften wie die aufgeraute Oberfläche der vorstehend beschriebenen Schicht aufweisen.
Auf der aufgerauten Oberfläche des mindestens einen Halblei- terelements oder der darüber angeordneten Schicht kann eine weitere Schicht, beispielsweise aus S1O2, abgeschieden sein, die einen anderen Brechungsindex wie die darunterliegende Schicht und außerdem eine ebene Oberseite aufweist. Diese zusätzliche Schicht ermöglicht aufgrund ihrer ebenen Oberseite das Aufbrin- gen des dielektrischen Filters und gleichzeitig erhält sie die Funktionalität der darunterliegenden aufgerauten Oberfläche aufgrund des Brechungsindexunterschieds.
Die geringe laterale Ausdehnung eines Pixels von höchstens 50 pm erlaubt eine geringe Höhe des mindestens einen Halbleiterele ments im [pm] Bereich. Insbesondere kann das mindestens eine Halbleiterelement eine laterale Ausdehnung bzw. Kantenlänge von höchstens 50 pm und/oder eine Höhe von höchstens 1 pm bis 2 pm aufweisen .
Wie weiter oben beschrieben kann eine Vorrichtung mehrere opto elektronische Bauelemente enthalten, welche die in der vorlie genden Anmeldung beschriebenen Ausgestaltungen aufweisen kön nen. Jedes der Halbleiterelemente eines Bauelements kann zusam- men mit dem zugehörigen dielektrischen Filter und der unterhalb des jeweiligen Halbleiterelements angeordneten reflektierenden Schicht seitlich vollständig von dem reflektierenden Material umgeben sein. Gemäß einer Ausgestaltung sind die Halbleiterele mente in einem Array angeordnet, wobei benachbarte Halblei- terelemente durch das reflektierende Material voneinander ge trennt sind. Folglich bildet das reflektierende Material ein Gitter und benachbarte Halbleiterelemente sind nur durch das Gitter voneinander getrennt.
Wenn das reflektierende Material außerdem elektrisch leitend ist, können die ersten Anschlüsse sämtlicher Halbleiterelemente über das reflektierende Material mit einem gemeinsamen externen Anschluss verbunden sein. Die zweiten Anschlüsse der Halblei terelemente können einzeln ansteuerbar sein. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die mehrere Halb leiterelemente, die jeweils seitlich von dem reflektierenden Material umgeben sind, nebeneinander angeordnet, wobei zwischen benachbarten Halbleiterelementen ein elektrisch isolierendes zweites Material angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem elektrisch isolierenden zweiten Material um ein Ver gussmaterial handeln.
Das reflektierende Material kann auch bei dieser Ausgestaltung elektrisch leitend sein. Um die ersten Anschlüsse der Halblei terelemente mit einem gemeinsamen externen Anschluss zu verbin den, können sich Leiterbahnen oberhalb und/oder unterhalb und/o der innerhalb des elektrisch isolierenden zweiten Materials er strecken, welche die ersten Anschlüsse der Halbleiterelemente mit dem gemeinsamen externen Anschluss verbinden. Die zweiten Anschlüsse der Halbleiterelemente können einzeln ansteuerbar sein .
Ein Verfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden An- meldung dient zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele ments. Das Verfahren umfasst, dass mindestens ein Halbleiterele ment mit einer aktiven Zone, die zur Erzeugung von Licht aus gebildet ist, bereitgestellt wird, und ein dielektrischer Fil ter oberhalb einer ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterelements angeordnet wird. Der dielektrische Filter ist derart ausgebildet, dass er nur Licht in vorgebebenen Rich tungen transmittiert . Ferner wird ein reflektierendes Material an mindestens einer Seitenfläche des mindestens einen Halblei terelements und an mindestens einer Seitenfläche des dielektri- sehen Filters angeordnet bzw. abgeschieden.
Das Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrich tung gemäß dem zweiten Aspekt der Anmeldung kann die oben be schriebenen Ausgestaltungen des optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Aspekt der Anmeldung aufweisen. Im Folgenden sollen Aspekte zur Prozessierung und Verfahren zur Herstellung einer m-LED oder eines m-Displays bzw. Moduls näher betrachtet werden, wie bereits jedoch im Vorangegangenen erläu tert beinhalten Aspekte zur Prozessierung auch Aspekte zu den Halbleiterstrukturen oder -Materialien und umgekehrt. Insofern sind die folgenden Gesichtspunkte ohne weiteres mit den vorhe rigen kombinierbar.
Bedingt durch den Herstellungsprozess und die äußerst geringen Abmessungen von einzelnen optischen Elemente kann es mitunter dazu kommen, dass aus der Vielzahl der Pixel eines Displays einzelne Pixelelemente defekt sein können. Dieses Problem wirkt sich bei monolithischen m-Displaymodulen verstärkt aus, da De fekte oder Variationen in der Fertigung aufgrund der geringen Größe sehr schnell zu einem Ausfall eines Pixel führen. Wird die Defektdichte zu groß, muss das gesamte Modul ersetzt werden, gerade bei monolithischen Displays lassen sich einzelne Defekte Pixel nicht ersetzen. Bekannte Lösungen versuchen einen ausgefallenen Bildpunkt bei spielsweise dadurch zu kompensieren, dass umliegende oder an grenzende Bildpunkte auf eine höhere Leuchtkraft eingestellt werden und dadurch zumindest teilweise das fehlende Licht des defekten Pixels kompensiert werden kann. Da in vielen Fällen ein Austausch oder Reparatur dieser defekten Pixel wirtschaft lich und verfahrenstechnisch nicht sinnvoll erscheint, ist es wünschenswert, ein hergestelltes Display trotz vereinzelter de fekter Pixel trotzdem mit ausreichend guter Qualität verwenden zu können.
Die nachfolgend beschriebenen Aspekte zu Pixelelementen mit elektrisch getrennten und optisch gekoppelten Subpixeln können derartige kleine Defekte kompensieren, so dass eine verbesserte Ausbeute bei gleichbleibender Qualität der m-Displays oder m- Displaymodule erreicht wird. Dabei liegt diesen Aspekten die Überlegung zugrunde, Maßnahmen für die Verhinderung eines optischen Crosstalk geeignet zu ver wenden insofern sind daher die im folgenden vorgeschlagenen Maßnahmen nicht nur für die obige Aufgabe geeignet, sondern eine Reduzierung eines optischen Übersprechens hat weitere Vorteile, wenn m-LEDs gerade in monolithischen Bauelementen benachbart sehr naheliegen und eine gute optische Trennung erreicht werden soll. Bei sehr dicht gepackten monolithischen Arrays bzw. m- Displays oder m-Displaymodulen ist eine saubere optische Tren- nung zwischen den Pixeln notwendig, um zu verhindert, dass das emittierte Licht einer m-LED in einen Bereich eines benachbarten Pixels ausstrahlt. Zum Verhindern des optischen Crosstalks wer den häufig Gräben, oder allgemeiner gesagt, optisch trennende Strukturen zwischen zwei m-LEDs vorgesehen. Während einerseits ein optischer Crosstalk zum Erreichen einer ausreichend guten kontrastreichen Bildqualität unterdrückt werden soll, fällt ge gebenenfalls der Ausfall eines Pixels hierdurch stärker auf.
Es wird daher ein optisches Pixelelement zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays vorgeschlagen, welches aus mindes tens zwei Subpixeln gebildet ist. Gemäß einem Beispiel sind 2, 4, 6, 9, 12 oder 16 Subpixel pro Pixelelement vorgesehen. Mit anderen Worten wird hier eine Redundanz geschaffen, wobei die zwei Subpixel dieselbe Ansteuerinformation erhalten und bei- spielsweise für die gleiche Wellenlänge ausgeführt sind. Fällt also von diesen mindestens zwei Subpixeln ein Subpixel aus, kann das Pixelelement trotzdem noch das Licht dieser Wellenlänge emittieren. Gemäß einem Beispiel ist eine Leuchtstärke eines Subpixels anpassbar, um die fehlende Lichtmenge eines ausgefal- lenen Subpixels zu kompensieren. Gemäß einem Beispiel werden die Subpixel als sogenannte Felder ausgeführt. Ist ein Pixelele ment beispielsweise als eine rechteckige Struktur ausgeführt, werden die Subpixel innerhalb der Struktur des Pixelelementes durch eine nochmalige Unterteilung in Felder gebildet. Jedes dieser Subpixel in einem Feld kann unabhängig von den Subpixeln anderer Feldern angesteuert werden.
Die Subpixel weisen jeweils einen optischen Emitterbereich auf. Dies soll erreichen, dass jedes Subpixel für sich einzeln an steuerbar und autark funktionsfähig ist. Der Emitterbereich um fasst einen p-n-Übergang, einen oder mehrere Quantenwellstruk turen oder andere zur Lichterzeugung vorgesehene aktive Schich ten auf. Der Emitterbereich ist an seiner Unterseite mit einem Kontakt ausgeführt, der zur Verbindung mit einer Steuereinheit oder Ansteuerelektronik vorgesehen ist.
Die Ansteuerelektronik ist ausgeführt, die einzelnen Pixelele mente sowie die einzelnen Subpixel elektrisch zu steuern. Bei- spielsweise kann die Ansteuerelektronik oder das Steuergerät konfiguriert sein, einen Defekt eines Subpixels zu erkennen und den defekten Subpixel in Folge nicht mehr zu verwenden. Weiter hin kann, gemäß einem Beispiel, die Ansteuerelektronik konfi guriert sein, einen benachbarten Subpixel derart anzusteuern, dass eine Leuchtkraft derart erhöht wird, dass eine Leuchtkraft eines benachbarten ausgefallenen Subpixels kompensiert wird. Hierfür kann in der Ansteuerelektronik beispielsweise eine Spei chereinheit vorgesehen sein, die einen Betriebszustand eines Subpixels speichert. Mit anderen Worten kann hier eine zentrale Erfassung als defekt erkannter Subpixel stattfinden, um gege benenfalls eine Defektkompensation durch Leuchtkraftanpassung oder Zuschalten oder Abschalten von benachbarten Subpixeln oder Pixelelementen durchzuführen. In einer anderen Ausgestaltung kann beispielsweise die Zeit, in der ein Subpixel aktiv ist erhöht werden, um ein ausgefallenes Subpixel zu kompensieren. Wenn hingegen alle Subpixel funktionsfähig sind, kann die An steuerschaltung auch diese alle mit jeweils verminderter Leucht kraft, verminderter Zeitdauer oder auch gemultiplext ansteuern. Eine Benutzung funktionsfähiger Subpixel mit geringerem Strom und/oder Zeitdauer erhöht eventuell die Lebensdauer der Subpi xel .
Um zwei benachbarte Subpixel innerhalb eines Pixelelementes voneinander zu separieren, ist ein Subpixeltrennelement vorge sehen. Dabei wirkt das Subpixeltrennelement in Bezug auf die Ansteuerung der jeweiligen Emitterchips bzw. die Ansteuerung der Subpixel elektrisch trennend. Mit anderen Worten kann dieses Subpixeltrennelement der Art ausgeführt sein, dass eine elekt- rische Wechselwirkung zwischen den Emitterchips der benachbar ten Subpixel verhindert wird.
Insbesondere durch die Verwendung von Halbleitern und die ge ringen Abstände zwischen den Emitterbereichen der einzelnen Subpixel im [pm] bereich kann eine Ansteuerung eines Emitterchips gegebenenfalls sekundäre elektrische oder elektromagnetische Wirkungen auf räumlich angrenzende oder umliegende Bereiche ha ben. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass ein benachbar ter Emitterchip beim Ansteuern eines primären Emitterchips eben- falls aktiviert werden könnte. Das Subpixeltrennelement ist da her so ausgeführt, dass es ein elektrisches Übersprechen oder elektrischen Crosstalk auf den benachbarten Subpixel und eine eventuelle Aktivierung des benachbarten Subpixels verhindert. Andererseits soll das Subpixeltrennelement in Bezug auf das emittierte Licht von den Emitterchips der benachbarten Subpixel optisch koppelnd ausgeführt sein, so dass dem visuellen Eindruck einzelne Subpixel seien ausgeschaltet entgegengewirkt wird. Un ter optisch koppelnd soll hier verstanden werden, dass Licht, das von einem primären Emitterchip bzw. einem primären Subpixel erzeugt wird, durch optischen Crosstalk zum benachbarten Sub pixel übertreten kann. Dadurch kann vorteilhaft verhindert wer den, dass durch den Defekt eines Subpixels ein dunkler Punk oder dunkler Fleck entsteht. Stattdessen kann Licht aus dem benach- barten Subpixel übertreten und vom an sich defekten Subpixel ausgehend, in Emissionsrichtung abgestrahlt werden. Hierdurch kann vorteilhaft ein sichtbarer Effekt eines defekten Subpixels ausgeglichen werden. Das Subpixeltrennelement wirkt daher op tisch nicht trennend wirkt und soll auch nicht erreicht werden. Dies ist dann von Vorteil, wenn ein Subpixel ausfällt. Durch die fehlende optische Trennung wird dennoch das Pixel als Ganzes wahrgenommen und es ergibt sich kein anderer visueller Eindruck, als wenn beide Subpixel aktiv sind. In einem Aspekt kann das Subpixeltrennelement derart ausgeführt sein, dass es zwar elektrisch trennt, aber nicht optisch bzw. optisch sogar ein Übersprechen fördert. In einer Variante ist das Subpixeltrenn element lediglich bis kurz vor die aktive Schicht der beiden Subpixel oder bis in die aktive Schicht gezogen. Mit anderen Worten, trennt das Subpixeltrennelement zwei anderweitig über gemeinsame Schichten verbundene Subpixelelemente elektrisch auf .
In einem Aspekt weisen die Subpixel eine gemeinsame Epitaxie schicht auf. In vielen Fällen sind Pixelelemente oder ganze Displays derart aufgebaut, dass eine gemeinsame Schicht oder mehrere übereinanderliegende Schichten aufgewachsen werden, die eine Vielzahl von Subpixeln und/oder Pixelelementen untereinan der verbinden. Dies kann beispielsweise auch dazu genutzt wer den, einen gemeinsamen elektrischen Kontakt oder Anschluss be- reitzustellen. Gemäß einem Beispiel weist die Epitaxieschicht Gruppe-III-Elemente Gallium, Indium oder Aluminium sowie Gruppe-V-Elemente Stickstoff, Arsen oder Phosphor auf, bzw. Kombinationen hieraus oder Materialsystemen mit den genannten Elementen auf. Hierdurch kann unter anderem eine Farbe und Wel- lenlänge des emittierten Lichts einer Leuchtdiode beeinflusst werden. Die Epitaxieschicht kann auch aktive Halbleiterschich ten, also beispielsweise einen p-dotierten Bereich und einen n- dotierten Bereich inklusive der aktiven Grenzbereiche aufwei- sen Beispielsweise wird an einer ersten Seite der Epitaxieschicht quer zu einer Längserstreckung einer Epitaxieschichtebene ein Emitterchip angeordnet. Dessen Licht dann quer durch die Epit axieschicht in Richtung einer zweiten gegenüberliegenden Seite der Epitaxieschicht emittiert und von dort abgestrahlt werden. Das Subpixeltrennelement erstreckt sich grabenartig in die Epi taxieschicht quer zur Epitaxieschichtebene, ausgehend von der ersten Seite der Epitaxieschicht, an der der Emitterchip bzw. die m-LED angeordnet ist.
Mit anderen Worten ist das Subpixeltrennelement hier als Aus nehmung, Spalt, Schlitz oder ähnliche Struktur umgesetzt, wel ches zudem mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt sein kann. Das isolierende Material sollte zudem optisch trans- parent sein, um das optische Übersprechen zu vereinfachen. Dabei ist gemäß einem Beispiel die Länge des Grabens derart gewählt, dass Ansteuersignale an ein Subpixel nicht auf einen sekundären benachbartes Subpixel des gleichen Pixels elektrisch überspre chen. Eine derartige grabenartige Struktur erhöht unter anderem durch den deutlich verlängerten Weg des Stromflusses den elektrischen Widerstand und erzeugt so eine elektrische Ent kopplung .
Die optischen Effekte, die das ausgesendete Licht betreffen, betreffen wiederum einen Bereich der Epitaxieschicht, der wei ter mittig bzw. weiter in Richtung der zweiten entfernten Seite der Epitaxieschicht liegt. Man wählt also die Tiefe des Grabens derart, dass eine elektrische Entkopplung sichergestellt ist, andererseits aber der Graben vor einem Bereich der Epitaxie- Schicht endet, in dem Licht zwischen zwei benachbarten Subpixeln übertragen werden kann. Die Emissionsrichtung des Emitterchips verläuft beispielsweise in Richtung quer durch die Epitaxie schicht, um das Licht an der gegenüberliegenden zweiten Seite auszutreten zu lassen. Gemäß einem Beispiel verläuft der Graben in einem rechten Winkel relativ zur Epitaxieschichtebene. Diesen Verlauf des Grabens vorausgesetzt, ist gemäß einem weiteren Beispiel eine Länge dl des Grabens kleiner als eine gesamte Dicke der Epitaxieschicht. Hierbei wird angenommen, dass die Epitaxieschicht über eine Vielzahl von Pixelelementen und Subpixeln eine zumindest in etwa gleiche Gesamtdicke aufweist. Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Länge dl des Grabens zwischen den Pixelelementen gleich der Dicke der Epitaxieschicht. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Graben durchgängig von der ersten Seite der Epitaxie schicht zur zweiten Seite der Epitaxieschicht durchgehend ver läuft. Gemäß einem weiteren Beispiel verläuft der Graben durch gehend schräg durch die Epitaxieschicht in einem Winkel zwischen 0 und 90° relativ zur Epitaxieschichtebene.
In einem Aspekt umfasst jedes Pixelelement bzw. deren Subpi xelelemente mehrere Halbleiterschichten in Form einer Schich tenfolge, wobei zudem eine aktive Schicht zur Erzeugung von Licht vorgesehen ist. Die aktive Schicht kann Quantenwells oder eine andere Struktur umfassen, die zur Erzeugung von Licht vor bereitet ist. In einem Aspekt erstreckt sich eine oder mehrere Schichten über mehrere Pixel oder Subpixel. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass sich die aktive Schicht über mehrere Sub pixel einer Farbe erstreckt.
Gemäß einem Aspekt sind die Subpixel bzw. Pixelelemente unab hängig voneinander elektrisch kontaktierbar und/oder ansteuer bar. Hierzu können beispielsweise an den von einer Epitaxie schicht entfernten Seite der Subpixel Kontaktierungen vorgese- hen sein. Dieses können beispielsweise mechanische Kontakte, Lötverbindungen, Klemmverbindungen oder Ähnliches sein. Ent scheidend ist hier, dass die Subpixel der einzelnen Subpixel ohne wesentliche Wechselwirkung mit den benachbarten Subpixel der angrenzenden Subpixel kontaktierbar und elektrisch betreib- bar sind. Dies kann insbesondere Vorteile für ein Erkennen des Funktionszustandes oder Betriebszustandes eines Subpixels sein, da eine Diagnoseinformation individuell für jeden einzelnen Subpixel generiert werden kann. Ebenfalls zweckmäßig ist es, einzelne Subpixel einzuschalten oder auszuschalten, ohne das benachbarte Subpixel einbezogen werden. Damit lässt sich der thermische oder andere Stress auf die Subpixel bei größeren Intensitäten verringern, da mehrere Subpixel gleichzeitig bei geringerer Intensität betrieben werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt erfolgt die Kontaktierung der ein zelnen Subpixel über ein Trägersubstrat. Das Trägersubstrat soll einerseits eine mechanische Stabilität ermöglichen und anderer seits gleichzeitig die feinen Leiterstrukturen für die indivi duelle Kontaktierung der einzelnen Subpixel integrieren. Auch weitere Elemente wie Ansteuerelektronik oder Treiberschaltungen können in dem Trägersubstrat und insbesondere in Silizium Wafer integriert sein. Diese kann das gleiche Materialsystem, aber auch über Anpassungsschichte ein anderes Materialsystem aufwei sen. Auf diese Weise kann als Trägermaterial auch Silizium ver- wendet werden, dadurch lassen sich insbesondere Schaltungen zur Ansteuerung einfach in diesem Träger realisieren.
Gemäß einem Beispiel kann eine Helligkeit des Pixelelementes dadurch eingestellt werden, dass einzelne Subpixel ausgeschal- tet oder eingeschaltet werden. Als Vorteil kann hier gesehen werden, dass ein alleiniges Ausschalten oder Einschalten bereits eine effektive Helligkeitssteuerung ermöglichen kann. Dies kann beispielsweise eine Ansteuerelektronik oder eine Steuereinheit deutlich vereinfachen. Gemäß einem weiteren Beispiel ist zu- sätzlich eine Leuchtstärke eines oder mehrerer Subpixel des Pixelelementes einstellbar. Hiermit kann in noch feineren Ab stufungen eine Helligkeit, oder in Zusammenspiel mit verschie denen Wellenlängen der Subpixel des gleichen Pixelelementes, ein Farbspektrum genauer eingestellt oder kalibriert werden. Eine Einstellung der Helligkeit kann durch eine PWM Ansteuerung erfolgen. Wenn ein Subpixel ausgefallen ist, kann dennoch eine gleichwertige Helligkeit erreicht werden, indem die PWM Ansteu erung entsprechend verlängert wird. Umgekehrt kann bei intakten Subpixeln die PWM Ansteuerung angepasst werden, wodurch sich die Subpixel in ihrem Effizienzmaximum betreiben lassen und sich eventuell auch ein geringerer thermischer Stress und damit eine längere Lebensdauer ergeben.
Werden beispielsweise in einem Pixelelement acht Subpixel struk- turiert, ist eine Helligkeitsdynamik von 2L3 Stufen erreichbar, ohne weitere Steuergrößen wie beispielsweise Strom oder Ontime zu variieren. Mit anderen Worten kann in dieser Ausführungsva riante eine Dynamik um den Faktor 2L3 gesteigert werden. Dies kann ebenfalls eine Komplexität der Steuerelektronik und damit entsprechende Kosten begrenzen.
In einem weiteren Aspekt wird ein m-Display vorgeschlagen, das eine Vielzahl von Pixelelementen, wie vorgehend und nachfolgend beschrieben, aufweist. Ein solches m-Display kann gemäß einem Aspekt ein optisches Halbleiterdisplay beispielsweise für An wendungen im Augmented Reality Bereich oder im Automotive Be reich sein, bei denen kleine Displays mit sehr hohen Auflösungen Verwendung finden. Ebenso kann ein derartiges Display bei trag baren Geräten wie Smart Watches oder Wearables eingesetzt wer- den.
Zwischen zwei benachbarten Pixelelementen ist eine Pixelele menttrennschicht vorgesehen. Diese ist derart ausgeführt, dass die benachbarten Pixelelemente in Bezug auf die Ansteuerung der jeweiligen Pixelelemente elektrisch getrennt sind. Weiterhin ist die Pixelelementtrennschicht ausgeführt, in Bezug auf das von den Pixelelementen emittierte Licht eine optische Trennung vollziehen. Unter einer Pixelelementtrennschicht kann zunächst abstrakt jegliche Struktur oder Material verstanden werden, die zwei Pixelelemente voneinander separiert. Üblicherweise werden eine Vielzahl solcher Pixelelemente in einer Ebene, beispiels weise auf einer Trägerfläche, nebeneinander angeordnet und über Kontaktierungen mit einer Ansteuerelektronik verbunden. Auf diese Weise kann ein Display in seiner Gesamtheit gebildet wer- den .
Die elektrische und elektromagnetische Trennung soll sicher stellen, dass ein Pixelelement unabhängig von den benachbarten angrenzenden Pixelelementen angesteuert werden kann und mini- male oder keine elektrische oder elektromagnetische Wechselwir kung, insbesondere keine optische Wechselwirkung stattfindet. Dies ist allein deswegen wichtig, um jeden Bildpunkt unabhängig voneinander zum Darstellen eines bestimmten Bildinhaltes auf dem Display erzeugen zu können. Die optische Trennung wiederum ist notwendig, um eine ausreichende Schärfe und Kontrast bzw. Abgrenzbarkeit der einzelnen Bildpunkte untereinander auf dem Display zu erreichen.
In einem Aspekt weisen mehrere Pixelelemente eine gemeinsame Epitaxieschicht auf. Die Pixelelementtrennschicht ist graben artig ausgeführt und erstreckt sich quer zur Epitaxieschicht ebene in Emissionsrichtung der Emitterchips. Die Pixelelement trennschicht ist also mit anderen Worten als Graben, Spalt, Schlitz oder ähnliche Ausnehmung ausgeführt, die entweder kein festes Material enthält oder beispielsweise ein reflektierendes oder absorbierendes Material aufweist. In einem Beispiel ist das Pixeltrennelement mit einem isolierenden Material gefüllt, in den eine Spiegelschicht eingearbeitet ist. Das isolierende Material trennt zwei benachbarte Pixel elektrisch und das Spie- gelelement verhindert ein optisches Übersprechen. In einigen Ausgestaltungen ist das Spiegelelement auch zu einer Kollima tion des Lichtes vorgesehen oder unterstützt dieses . Die Pixelelementtrennschicht soll verhindern, dass elektrische oder elektromagnetische Signale von einem Pixelelement zum an deren Pixelelement übertragen werden. Gleichzeitig soll die Pi xelelementtrennschicht erreichen, dass möglichst wenig oder gar kein Licht von einem Pixelelement zu einem benachbarten Pi xelelement ausstrahlt. In einem Beispiel kann die Pixelelement trennschicht allein dadurch gebildet sein, dass zwei separierte Pixelelemente beim Anordnen nebeneinander platziert werden und sich dadurch eine entsprechend isolierende oder reflektierende Grenzschicht ergibt. Gemäß einem Beispiel verläuft der Graben rechtwinklig zur Epitaxieschichtebene, wobei eine Länge der Pi xelelementtrennschicht kleiner oder gleich der Dicke der Epit axieschicht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Grabentiefe der Pixelele mentrennschicht größer als eine Grabentiefe der Subpixeltrenn schicht. Dies soll insbesondere den Vorteil bieten, dass die Pixelelementtrennschicht sowohl eine elektrische als auch eine optische Trennung durch ihre größere Länge bewirkt. Hingegen wird durch die geringere Grabentiefe zwischen den Subpixeln nur eine elektrische Trennung erreicht, wobei optischer Crosstalk durchaus erwünscht ist. In einigen Aspekten reicht die Tiefe der Pixelelementtrennschicht durch die aktive Schicht zweiter benachbarter Pixel und trennt diese. Zusätzlich kann die Pi xelelementtrennschicht bis an die Abstrahloberfläche oder kurz darunter reichen.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Pixelelementes vorgeschlagen. Diesem Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, dass bei Inbetriebnahme eines Displays eine optimale Ansteuerung ermöglicht werden soll. Dies kann bei spielsweise bedeuten, dass defekter Subpixel als solcher erkannt werden soll und danach gegebenenfalls keine weitere Ansteuerung mehr erfolgt. Hierdurch können beispielsweise Fehlermeldungen oder Fehlfunktionen vermieden werden. Durch den Aufbau der Pi xelelemente mit den Subpixeln kann erreicht werden, dass indi viduell jedes Subpixel einzelnen angesteuert und geprüft werden kann .
Daher erfolgt in einem ersten Schritt ein Ansteuern eines Sub pixels eines Pixelelementes, beispielsweise durch eine Ansteu erelektronik oder eine Steuereinheit. In einem nächsten Schritt erfolgt ein Erfassen einer Defektinformation eines Subpixels. Mit anderen Worten kann die Ansteuerelektronik derart konfigu riert und ausgestaltet sein, dass eine Fehlfunktion oder ein Defekt erkannt wird. Hierfür kann beispielsweise eine Strom stärke gemessen werden oder andere elektrische Größen ausgewer tet werden.
In einem weiteren Schritt erfolgt ein Speichern der Defektin formation in einer Speichereinheit der Steuereinheit. Diese In formation kann beispielsweise dafür verwendet werden, um eine optimierte Ansteuerung durch die Ansteuerelektronik vorzuneh men. Soll beispielsweise eine bestimmte Leuchtstärke erreicht werden und es ist bekannt, dass ein bestimmtes Subpixel defekt ist, kann die Ansteuerelektronik die benachbarten Subpixel ent sprechend differenziert ansteuern, um beispielsweise eine Lichtstärke zu kompensieren. Im Ergebnis wäre eine vom Pixelele ment emittierte Lichtmenge trotz eines defekten Subpixels exakt oder nahezu unverändert und würde einem Betrachter nicht auf fallen .
In einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Ansteuern, Erfassen und Speichern für alle einzelnen Subpixel eines Pi xelelementes sequenziell durchgeführt. Mit anderen Worten kann eine Ansteuerelektronik derart konfiguriert sein, dass sie nach einander alle verfügbaren Subpixel über die einzelnen separat adressierbaren Emitterchips prüft und so einen Funktionszustand des gesamten Pixelelementes erfasst. Gemäß einem Beispiel kann dies einmalig beim Einschalten eines Displays oder nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne erfolgen.
Eine Erweiterung von pixelierten oder anderweitigen Emittern, bei denen ein optisches und elektrisches Übersprechen reduziert wird, ist in den folgenden Konzepten vorgestellt.
In herkömmlichen monolithischen Pixelarrays ist es in einigen Aspekten üblich, durch die aktive Zone zu ätzen, ums so die einzelnen Pixel zu trennen und einzeln ansprechen zu können. Der Ätzprozess durch die aktive Schicht bewirkt allerdings De fekte, die einerseits zu erhöhten Leckströmen an den Rändern führen können und andererseits zusätzliche nichtstrahlende Re kombination erzeugen. Bei immer kleiner werdenden Pixeln, ver- größert sich der relative Schadensbereich wirksam. Herkömmli cher Weise wird zur Lösung der Rand der geätzten aktiven Zone mittels verschiedener Verfahren passiviert. Derartige Verfahren sind Wiederaufwachsen (regrowth) , Insitu-Passivierungsschicht- aufbringung, Diffusion von Spezies zur Verschiebung des pn- Übergangs und zur Vergrößerung der Bandlücke um die aktive Zone sowie ein Feuchtätzwaschen zur soweit wie möglichen Entfernung der Schäden.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip wird eine Pixelstruktur mit einer Materialbrücke vorgeschlagen, die zumindest noch die ak tive Schicht umfasst. Dadurch wird eine erhöhte Defektdichte im Bereich der aktiven Schicht verringert.
So umfasst ein Array optoelektronischer Pixel oder Subpixel, insbesondere ein Mikropixel-Emitter-Array, ein Mikropixel-De- tektor-Array, oder ein kombiniertes Mikropixel-Detektor-Emit- ter-Array, ein jeweiliges Pixel bzw. Subpixel, das zwischen einer n-dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht einen eine aktive Zone ausbildet. Nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist zwischen zwei benachbarten ausgebildeten Pixeln Material der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-do- tierten Seite her bis zu oder in Mantelschichten oder bis zu der oder zumindest teilweise in die aktive Zone unterbrochen oder entfernt. Auf diese Weise sind Materialübergänge mit einer maximalen Dicke dc ausgebildet sind, wodurch elektrischen und/o der optischen Leitfähigkeiten in dem Materialübergang verrin gert sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Arrays optoelektronischer Pixel bzw. Subpixel vorgeschla gen, bei dem in einem ersten Schritt entlang des Arrays eine ganzflächige Schichtfolge mit einer n-dotierten Schicht und ei ner p-dotierten Schicht bereitgestellt wird, zwischen denen eine zur Lichtemission geeignete aktive Zone ausbildet wird. An- schließend wird zwischen benachbarten auszubildenden Pixeln Ma terial der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her bis zu oder in undotierte Mantelschichten oder bis kurz vor der oder zu der aktiven Zone entfernt. Das Entfernen kann mittels eines Ätzprozesses durchgeführt werden. Nach dem Entfernen verbleibt jedoch ein Materialübergang zwi schen den benachbarten Pixeln, der die aktive Zone und optional einen kleinen Bereich über, unter oder von beiden Seiten um fasst. Dieser umfasst eine maximale Dicke dc, bei der wirksam eine elektrische und/oder optische Leitfähigkeit durch den Ma- terialübergang verringert ist.
Mit dem vorgeschlagenen Konzept kann so zum einen flächig ein Array von Pixeln erzeugt werden. Durch den Ätzprozess wird Ma terial entfernt, es verbleibt aber ein Materialübergang zwischen benachbarten Pixeln bzw. Subpixeln vorhanden, der die aktive Schicht umfasst. Somit erhöht sich durch den Ätzprozess die Defektdichte im Bereich der aktiven Schicht insbesondere in den Pixelbereichen gerade nicht. Dennoch sind die einzelnen Pixel bzw. Subpixel voneinander optisch und elektrisch getrennt. Es wird somit vorgeschlagen eine Herstellung von Mikropixel-Emit- ter-Arrays und Mikropixel-Detektor-Arrays , die mittels Mikro pixel ausgebildet werden, ohne Ätzen durch die aktive Zone der art auszuführen, dass ein optisches und elektrisches Überspre- chen sowie Leistung- und Zuverlässigkeitseinbußen geätzter ak tiver Zonen vermieden werden. Auf diese Weise werden Ätzdefekte vermieden oder deren Anzahl wird wirksam verringert.
In diesem Zusammenhang bezeichnet Pixel oder Subpixel jeweils eine m-LED, die im Betrieb Licht emittieren. Im Regelfall werden mehrere Subpixel unterschiedlicher Farbe zu einem Pixel, auch als Bild Element bezeichnet zusammengefasst.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines Füllmaterials ersetzt sein. Mit anderen Worten wird nach dem teilweisen Entfernen des Materials und insbesondere der n- bzw. p-dotierten Schichten der entstandene Raum wieder aufgefüllt, so dass sich eine planare Oberfläche ergibt. Damit können die Funktionen mechanisches Tragen, Bonden und/oder elektrisches Isolieren bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines eine relativ kleine Bandlücke aufweisenden und damit Licht der aktiven Zone absorbierenden Materials ersetzt ist. Damit wird wirksam ein optisches Über sprechen verringert. Alternativ kann das entfernte Material zu mindest teilweise mit einem Material mit einem großen Brechungs index, insbesondere größer als der Brechungsindex eines der Mantelschichten oder der aktiven Zone, ersetzt werden. Damit können wirksam stark brechende Grenzflächen erzeugt werden, die das Ausbreiten fundamentaler Moden stoppen. Weiterhin alterna tive kann in einem Aspekt kann Licht absorbierendes Material und/oder Material mit großem Brechungsindex an einen jeweiligen Materialübergang aufgebracht werden. Damit beeinflusst das Ma terial eine Wellenleitung im Materialübergang und verhindert so ein Übersprechen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Material mit großem Brechungsindex ausgebildet werden, indem ein den Brechungsindex vergrößerndes Material in ein Füllmaterial, insbesondere bis in eine jeweilige Mantelschicht, eindiffundiert oder implantiert werden. Damit können die Arrays auf einfache Weise ohne Ätzen wirksam hinsichtlich Übersprechen verbessert werden.
Ein anderer Gesichtspunkt betrifft eine Reduzierung des elektri schen Übersprechens. Danach kann ein Material zur Vergrößerung von Lichtabsorption und/oder ein Material zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands in die aktive Zone eines jeweiligen Materialübergangs eingebracht werden. Die entsprechenden Ver fahren sind relativ einfach auszuführen. Damit können die Arrays auf einfache Weise ohne Ätzen wirksam hinsichtlich Übersprechen verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann entlang der Material übergänge, an oder in diesen, mindestens eine optische Struktur, insbesondere ein photonischer Kristall und/oder ein Bragg-Spie- gel, erzeugt sein. Dies sind besonders wirksame Elemente zur Verringerung optischen Übersprechens. Ein derartiger photoni scher Kristall oder eine Struktur kann auch benutzt werden um eine Kollimation des Lichtes zu verbessern.
In einem anderen Aspekt kann mittels zweier einander gegenüber- liegenden elektrischen Kontakten eine elektrische Vorspannung (Bias) an den beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge an gelegt und ein elektrisches Feld durch einen jeweiligen Mate rialübergang erzeugt sein. Dies ist ein wirksames Element zur Verringerung optischen Übersprechens. Das elektrische Feld wird in diesem Fall durch Anlegen einer Vorspannung erzeugt. Diese Vorspannung kann beispielsweise aus der Spannung zum Betreiben der Pixel abgeleitet sein oder von dieser stammen. In einigen Aspekten kann ein solches Feld aber auch durch eine inhärente Materialeigenschaft bestimmt werden. So ist in einem Aspekt vorgesehen, dass mittels eines an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge aufgebrachten oder auf gewachsenen n-dotierten Materials und/oder p-dotierten Materi als ein elektrisches Feld durch einen jeweiligen Materialüber gang erzeugt wird. In das entsprechende Array werden damit elektrische Felder eingebaut, wobei ein Anlegen einer Spannung nicht erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die offengelegten Hauptoberflächen der Materialübergänge und/oder offengelegte Oberflächenbereiche der Pixel mittels einer jeweiligen, insbe sondere Siliziumdioxid aufweisenden, Passivierungsschicht elektrisch isoliert und passiviert sein. Auf diese Weise kann wirksam und gezielt Stromfluss durch ausgewählte Bereiche eines Arrays, insbesondere durch den als Wellenleiter wirkenden Ma- terialübergang, verhindert werden. Die Hauptoberflächen der Pi xel können mittels Kontaktschichten elektrisch kontaktiert wer den, so dass dadurch ein vertikales optisches Bauelement erzeugt wird. Eine der Hauptoberflächen kann dabei über eine gemeinsam genutzte Schicht elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können das Material und/oder die Materialübergänge zwischen einem Pixel und dessen benach barten Pixeln zueinander, insbesondere richtungsabhängig, ver schieden ausgebildet sein. Für die Herstellung eines m-LED Displays scheint es zweckmäßig zu sein, während der Prozessierung Untereinheiten von m-LEDs vorzusehen, diese zu separieren um sie dann weiterverarbeiten zu können. Dadurch können die Untereinheiten zum einen einzeln getestet werden. Bei Ausfall von m-LED in den Untereinheiten muss nicht das ganze m-Display, sondern lediglich die Unterein heit ausgetauscht werden. Zum anderen kann durch eine Anpassung eines Prozessschrittes die Herstellung flexibler gestaltet wer den, so dass sich verschiedene Größen hersteilen lassen. Diese Herangehensweise ist insbesondere als modulare Architektur für m-LEDs geeignet.
Gemäß einem Aspekt der modularen Architektur wird ein Verfahren zur Herstellung von m-LED-Modulen, mit den Schritten vorge- schlagen:
- Erzeugen mindestens eines ein Basismodul bereitstellenden
Schichtenstapels an einem Träger;
- Aufbringen eines ersten Kontakts an einen dem Träger abge wandten Oberflächenbereich des Schichtenstapels;
- Aufbringen eines zweiten Kontakts an einen dem Träger abge wandten Oberflächenbereich einer ersten Schicht.
Alternativ dazu können die folgenden Schritte vorgenommen wer den :
- Erzeugen mindestens eines ein Basismodul bereitstellenden
Schichtenstapels, aufweisend eine an einem Träger ausgebildete erste Schicht, an der eine aktive Übergangsschicht und an dieser eine zweite Schicht ausgebildet wird;
- Offenlegen eines dem Träger abgewandten Oberflächenbereichs der ersten Schicht;
- Anschließen eines ersten Kontakts an einen dem Träger abge wandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht;
- Anschließen eines zweiten Kontakts an den dem Träger abge wandten Oberflächenbereich der ersten Schicht.
Entsprechend umfasst dann ein m-LED-Modul mindestens einen ein Basismodul bereitstellenden Schichtenstapel, aufweisend eine an einem Träger ausgebildete erste Schicht, an der eine aktive Übergangsschicht und an dieser eine zweite Schicht ausgebildet ist, wobei ein erster Kontakt an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht angeschlossen ist, wobei ein zweiter Kontakt an einem dem Träger abgewandten Oberflä chenbereich der ersten Schicht angeschlossen ist. Auf diese Weise kann ein Basismodul als Grundbaustein eines m- LED-Moduls mit insbesondere einer Kontaktebene für die Kontakte geschaffen werden. Das Basismodul ist Teil eines größeren Sys tems, kann jedoch seinerseits in seiner einfachsten Form eine m-LED umfassen. In einem Aspekt enthält das Basismodul mehrere, wenigstens zwei m-LEDs . Diese können einzeln angesteuert werden oder auch als redundante Form aufgebaut sein. Nach einem Bau stein- oder Baukastenprinzip kann somit eine Aufteilung eines Ganzen in Teile erfolgen, die als Module bezeichnet werden. Mit einer Rechteck- oder einer sonstigen beliebigen Form und einer gemeinsamen Funktion der Lichtemission können die Module ein fach zusammengefügt werden.
Ausgangspunkt ist eine m-LED, mit horizontaler Architektur. Die Größe dieses optoelektronischen Bauelements ist so gestaltet, dass die Anforderungen aus dem Display-Bereich, wo die kleinsten Chipgrößen, bedingt durch sehr enge Pixelabstände, benötigt werden, im Hinblick auf Emissionsfläche (circa 300 pm2 oder weniger) erfüllt werden. Um nun ebenso Anforderungen anderer Applikationen wie Videowall zu genügen, ist die m-LED-Architek- tur derart gestaltet, dass durch eine einfache Anpassung eines Prozessschrittes, und zwar bezüglich der Verwendung einer an deren Maske zur Schichtenstapel- beziehungsweise Mesa-Struktu- rierung, sich Leuchtdioden hersteilen lassen, die aus mehreren Untereinheiten dieser kleinsten m-LED bestehen.
Beispielsweise ist die Basisgröße für ein Basismodul 15 pm x 10 pm. Durch die Maske und eine geeignete Kontaktierung oder Ver einzelung würde sich ebenso einfach ein Bauteil mit 15 pm x 20 pm oder 30 pm x 30 pm hersteilen lassen, was wiederum für verschiedene m-LED Displayanwendungen geeignet ist. Wie bereits erwähnt umfasst ein Bauteil eines oder mehrere Basismodule, welches seinerseits eine oder mehrere m-LEDs umfassen kann.
Die modulare Gestaltung mit dem derzeit kleinsten benötigten Chip als Basiseinheit oder Basismodul, mit der Möglichkeit, diese durch lediglich eine geringe Anpassung in der Prozessie- rung in ein größeres Bauteil mit einem Vielfachen der Abmessun gen der Basiseinheit, des Basismoduls, zu überführen, spart Ressourcen bei der Entwicklung und eröffnet eine gewisse Frei heit in der Produktion derartiger Bauteile. Falls beispielsweise Anwendungen im m-LED Bereich mit einer anderen Helligkeit oder Pixelabständen benötigt werden, kann man die dafür benötigten Chips relativ einfach hersteilen.
In einem Aspekt wird nicht nur die Mesa (Schichtenstapel) anders strukturiert, sondern ebenso eine Kontaktebene. Dazu werden zwar zwei Schritte variiert, jedoch ist es nicht mehr notwendig, sicherzustellen, dass alle Kontaktpads angebunden sind. Mittels der Verwendung einer horizontalen Chiparchitektur können wei tere Prozessschritte zur n-Kontaktanbindung, wie beispielsweise beim vertikalen Chip nach der Montage auf dem Zielsubstrat, vermieden werden. Diese kann die Herstellung vereinfachen und damit die Kosten gegenüber anderen Fertigungstechniken senken.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zweite Kontakt mittels eines Dielektrikums zur Übergangsschicht und zur zweiten Schicht elektrisch isoliert zu und an dem dem Träger abgewandten Ober flächenbereich der zweiten Schicht verlaufend ausgebildet wer den .
Je nach Anwendungsbedarf werden Basismodule als eine Matrix entlang einer X-Y-Ebene entlang mindestens einer Zeile und ent lang mindestens einer Spalte ausgeführt, wobei Basismodule ei ner jeweiligen Zeile gleich orientiert werden. Die Basismodule zweier benachbarter Zeilen werden falls erforderlich gleich orientiert. Auf diese Weise ist eine elektrische Serienschal tung von Basismodulen einfach ausführbar.
Alternativ werden die Basismodule zweier benachbarter Zeilen entgegengesetzt orientiert, wobei damit gleiche Kontakte zuei nander benachbart angeordnet werden. Auf diese Weise ist eine elektrische Parallelschaltung von Basismodulen einfach reali siert. Da sich bei horizontalen m-LEDs beide Kontakte für n und p auf der Unterseite befinden, ist es vorteilhaft, die Chips reihenweise alternierend anzuordnen. So erreicht man, dass bei einer 2 x X-Konfiguration des Chips die Kontakte für die p- Seite für beide Basiselemente in der Mitte des Chips liegen, die n-Kontakte jeweils außen, wodurch ein potenzielles Kurz schlussrisiko minimiert ist.
Ein Herauslösen des mindestens einen Leuchtdioden-Moduls aus der Vielzahl von Basismodulen erfolgt in einigen Aspekten mit tels einer tiefen Flankenstrukturierung durch die erste Schicht hindurch, insbesondere von der Seite der zweiten Schicht her. Es kann mittels Laserliftoff ausgeführt werden, und zwar von der Seite eines Trägers, die dem Modul abgewandt ist. Ebenso wäre ein Ätzprozess denkbar.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Frage, ob und in wieweit derartige Untereinheiten mit Sensoren versehen werden können. Für m-Displays gerade im Bereich der Augmented Reality aber auch bei Automotive Anwendungen kann es zweckmäßig sein, Sensoren vorzusehen, um Reaktionen oder auch andere Parameter eines Benutzers zu erfassen. Beispielsweise kann bei einer An wendung im Bereich Augmented Reality ein oder mehrere Foto sensoren vorgesehen sein, um die Blickrichtung oder eine Ände rung von einer Blickrichtung zu erfassen. Ebenso kann die Licht menge erfasst werden, um beispielsweise ein Bild aufzuhellen oder zu verdunkeln. Die gleichen Sensoren können auch bei Dis plays bei Automotiveanwendungen eingesetzt werden. Ebenso sind Sensoren möglich, welche die Aufmerksamkeit eines Fahrers er fassen, um gegebenenfalls bei einer detektierten Müdigkeit Maß nahmen zu initiieren.
Die Erfinder haben erkannt, dass zukünftige Displays eventuell keine Sensoren mehr aufweisen, die außerhalb des Displays an geordnet werden. Vielmehr soll die Funktionalität von Sensoren hinter bzw. in einem ganzflächigen m-Display als Alternative zu bisherigen getrennten Lösungen ermöglicht werden.
Dabei wird sich die hier offenbarte Unterteilung in m-LED Module zunutze gemacht. Dabei können redundante Plätze für Subpixel anstatt mit m-LEDs mit Sensoren bestückt werden. Gemäß einem ersten Aspekt wird daher ein m-Display mit einer Zielmatrix vorgeschlagen, die an einem ersten Träger bzw. Endträger aus gebildet ist. Die Matrix bzw. das m-Display weist mit m-LEDs besetzbare Stellen auf. Zusätzlich werden auf einem zweiten Träger bzw. Ersatzträger eine Anzahl von Bauelementen, insbe sondere m-LEDs ausgebildet, sodass eine zu der Zielmatrix glei che Beabstandung von mit Bauelementen besetzbaren Stellen auf weisenden Startmatrix entsteht. Ferner werden die m-LEDs auf dem Ersatzträger zu einer Anzahl von Modulen gruppiert und diese Module von dem zweiten Träger getrennt, wobei die Module an dem ersten Träger in der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen sind, dass in dieser eine Anzahl von von Bauelementen unbesetzte Stellen verbleibt, an denen zumin dest teilweise jeweils mindestens ein Sensorelement positio niert und elektrisch angeschlossen ist. Die besetzbaren Stellen der Zielmatrix korrespondieren in einigen Aspekten zu Subpixel plätzen oder Pixelplätzen.
Weiterhin sind nun die in dieser Anmeldung offenbarten Module bzw. Untereinheiten an m-LEDs vorgesehen. Deren Größe bzw. deren Beabstandung entspricht den entsprechenden Parametern der be setzbaren Stellen der Zielmatrix. Die Untereinheiten sind in Module gruppiert und auf der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch kontaktiert, dass in dieser eine Anzahl von von Bau elementen unbesetzte Stellen verbleibt, an denen zumindest teil weise jeweils mindestens ein Sensorelement positioniert und elektrisch angeschlossen ist. Somit werden Module bzw. Unterein heiten auf einem Display-Modul oder einem Display positioniert, so dass einige Stellen freibleiben, die so mit Sensoren bestückt werden können. Dadurch werden die Sensoren Teil des Displays. Dies hat mehrere Vorteile. Beispielsweise kann auf das Display fallende Licht direkt gemessen und dann ortsabhängig die Be leuchtungsstärke des Moduls oder sogar einzelner m-LEDs ange passt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines m-Displays vorgeschlagen. Dieses weist eine Zielmatrix mit an einem ersten Träger bzw. Endträger ausgebildeten und mit m-LEDs besetzbare Stellen auf, die in Zeilen und Spalten ange ordnet sind. Die besetzbaren Stellen können Subpixeln entspre chen. Darüber hinaus zeigen die Stellen eine Größe und eine Beabstandung, die im Wesentlichen den hier offenbarten Modulen entsprechen. Mit anderen Worten umfasst die Zielmatrix in Zeilen und Spalten angeordnete und mit Modulen von m-LEDs besetzbare Stellen auf.
Die Module werde nun wie hier offenbart hergestellt, beispiels weise mit flacher und tiefer Mesaätzung und zu Modulen grup piert. Die so erzeugten Module werden von dem Ersatzträger ab genommen und an die freien Plätze auf der Zielmatrix auf dem Endträger positioniert und elektrisch mit dem Endträger verbun den. Bei diesem Vorgang werden jedoch vorher definierte Stellen freigelassen. Diese werden dann mit jeweils mindestens ein Sen sorelement besetzt, welches positioniert und elektrisch ange schlossen wird. Der Endträger kann Leitungsverbindungen für die Module und die einzelnen m-LEDs aufweisen. Darüber hinaus umfasst der Endträ ger in einigen Aspekten auch mindestens eine Stromquelle und/o der Ansteuerelektronik für die aufgebrachten Module bzw. m- LEDs. In einem weiteren Aspekt enthält der Endträger zudem auch die Elektronik für das Auslesen des wenigstens einen Sensorel ements . Das wenigstens eine Sensorelement kann einen Fotosensor umfassen. Weitere Beispiele finden sich im Folgenden. Die vorbereiteten Module bzw. Untereinheiten an m-LEDs und der dazugehörige Bereich der Zielmatrix auf dem Endträger müssen gleich gerastert sein bzw. eine gleiche Größe und gegebenenfalls gleiche Periodizität aufweisen. Die Beabstandung sollte die gleiche sein, insbesondere, wenn größere mit mehreren Zeilen oder Spalten aufweisende Module transferiert und auf dem end träger aufgebracht werden.
In einem Aspekt sind ein oder mehrere Kontaktbereiche eines Moduls bzw. einer Untereinheit zu einem relevanten Kontaktbe- reich von besetzbaren Stellen auf dem Endträger deckungsgleich. Somit lassen sich die Module in die Zielmatrix auf dem Endträger einbauen. Die Module sind damit in die Zielmatrix auf dem End träger einsetzbar beziehungsweise integrierbar. Es ist damit möglich, ein Display aufzubauen, bei dem die Mo dule, insbesondere die m-LED-Module, mit einem für alle Bauele mente gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Damit wird in einem Aspekt eine Zielmatrix eines Displays mit einem sehr geringen Abstand zwischen den besetzbaren Plätzen bestückt. In diesem Aspekt kann jede besetzbare Stelle mit dem kleinsten zu fertigen Modul bestückt werden. Dadurch ergibt sich ein Display, dass eine sehr hohe Auflösung aufgrund der geringen Größe der Pixel und des kleinen Abstands erlaubt und aufgrund der das Display sehr nahe an ein Auge eines Benutzers gebracht werden kann . Alternativ ist es möglich, die besetzbaren Stellen der Ziel matrix weiter voneinander zu beabstanden. Ebenso können in ei nigen Aspekten mehrere der hier offenbarten Untereinheiten auf einer solchen besetzbaren Stelle angeordnet sein. In einigen Aspekten können die in Zeilen bzw. Spalten angeordneten Stellen der Zielmatrix jeweils einen Abstand b voneinander aufweisen. Die m-LED Module haben jeweils die gleiche Größe und einen Abstand a voneinander. Abstand a kann gleich dem Abstand b sein, was im Wesentlichen der obigen Ausführung entspricht. Allerdings kann Abstand b auch ein Vielfaches des Abstandes a sein. Da besetzbaren Stellen auch die Kontaktflächen für das m-LED Modul oder die Untereinheit umfasst, wird bei einem größeren Abstand b der besetzbaren Stellen zueinander auch der verfügbare Platz größer. Auf diese Weise können größere Module verwendet oder mehrere Module zusammengefasst werden. Ist beispielsweise der Abstand b 2, 5 -mal so groß wie der Abstand a, so kann auf eine besetzbare Stelle ein Modul gesetzt werden, das aus 4 Einzel modulen zusammengesetzt ist und es verbleibt immer noch ein Abstand zwischen den auf benachbarte Stellen angebrachten Mo dulen .
Mittels dieser Ausgestaltung können unterschiedliche Augenemp findlichkeiten und Auflösungen berücksichtigt werden. Je klei ner die Abstände a und b sind, umso größer ist die Auflösung, desto unempfindlicher kann das Auge eines Betrachters sein. Dadurch lassen sich mit den gleichen m-LED Module unterschied liche Displays mit verschiedenen Pixel- bzw. Subpixelgrößen und Pixelabständen realisieren. Dies mag insofern von Vorteil sein, da m-LED Module unabhängig von der Zielmatrix, dessen Träger und dessen Verdrahtung herstellbar sind.
Die bereits offenbarte flache Mesaätzung, die zur elektrischen Kontaktierung der Pixel und der Ausbildung der m-LED Module und der Zielmatrix dient und in der im m-LED-Raster geätzt wird, wird mit einer sogenannten tiefen Ätzung kombiniert, bei der dann das Chip-Raster und die Module festgelegt werden können. Dieses Chip-Raster kann sich je nach Anwendungsfall von dem Pixelchip-Raster unterscheiden. Beispielsweise könnte man dann 2x2 große Chips mit je 4 Subpixeln (4 Basiseinheiten) herstei len. Eine Basiseinheit ist jeweils eine m-LED. Durch eine ge- schickte Gestaltung der Maske für die zweite Mesaätzung könnte man ebenso Pixel erstellen, die jeweils eine Basiseinheit we niger umfassen. Beim Aneinanderreihen dieser Pixel entsteht dann ein Display mit „Löchern" in der Größe einer Basiseinheit be ziehungsweise Mehrfachen davon. Unter diesen „Löchern" oder „Fehlsubpixeln" lassen sich dann beispielsweise verschiedene Sensoren unterbringen. Durch die Kombination sind Subpixel mit Redundanz möglich, wobei bei einigen der redundante Subpixel durch den Sensor ersetz wird. Es ist hierzu zweckmäßig, dass m-LED mit einer einheitlichen Chiparchitektur und einer gleichen bzw. einfach variierbaren Größe der Chips zur Herstellung von Anzeigen bereitgestellt werden. Hierzu können die hier beschriebenen Techniken verwen det werden. Bei der Erzeugung von Modulen der offenbarten Art, ist es beispielsweise möglich, die in dieser Anmeldung offen barten Deckelektrode oder auch die umlaufende Struktur zu be nutzen, um die Lichtausbeute zu erhöhen. In einigen Aspekten können die Module im Anschluss weiter prozessiert werden, bei spielsweise durch Aufbringung einer photoelektrischen Struktur. An dieser Stelle sei jedoch auch erwähnt, dass die m-LED Module schon in ihrem Herstellungsprozess mit einer solchen Struktur versehen werden können.
In einigen Aspekten werden die m-LED zu Rechtecks förmigen oder quadratischen Modulen zusammengefasst, die wiederum in belie biger Art, insbesondere zu Zeilen kombinierbar sind. Durch die Herstellung mittels flacher und tiefer Ätzung lassen sich Wafer aus derartigen Modulen vorbereiten, die je nach Bedarf für die Zielmatrix dann vereinzelt werden können. Auf diese Weise lassen sich Module verschiedener Größe realisieren. Die freie Positi onierung erlaubt es, gezielt Stellen unbesetzt zu belassen. Ebenso könne Gruppen von Zellen oder auch ganze Zeilen oder Spalten unbesetzt bleiben. Schließlich lassen sich mit diesen Modulen Displays bestücken, deren Zielmatrix eine andere Anord nung von besetzbaren Stellen aufweiset, also z.B. nicht in Zei len und Spalten.
Gemäß einer Ausgestaltung kann mindestens ein Modul vier Pi xelelemente in zwei Zeilen und zwei Spalten aufweisen. Jedes Pixelelement kann ein oder mehrere Subpixel umfassen. In einer anderen Ausgestaltung kann ein Modul vier Subpixelelemente auf weisen, die ebenfalls in einer 2x2 Matrix angeordnet sind. Dies ist eine einfach handhabbare Ausführung. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann mindestens ein Modul zwei Zeilen und zwei Spalten aufweisen, jedoch nur drei Bauelemente. Dies ist eine einfach handhabbare Ausführung, bei der bereits mit dem Modul eine unbesetzte Stelle bereitgestellt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung können mindestens sieben Module mit jeweils vier Pixelelementen und mindestens zwei Module mit jeweils drei Pixelelementen in der Zielmatrix auf dem Endträger derart positioniert und elektrisch angeschlossen sein, dass mindestens zwei von Pixelelementen unbesetzte Stellen erzeugt sind, an denen jeweils mindestens ein Sensorelement positioniert und elektrisch angeschlossen ist. Auch hier können die Somit können Module beliebig ausgestaltet und miteinander auf dem Endträger derart verknüpft oder aneinander positioniert werden, dass gezielt unbesetzte Stellen erzeugt werden können. Auch hier umfassen die Pixelelemente entweder mehrere Subpixelelemente und entsprechende m-LEDs oder jedes Pixelelement ist selbst eine m-LED.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die von Sensorelemen ten besetzten Stellen von Bauelementen eingerahmt sein. Auf diese Weise sind klar definierte Positionen, von Bauelementen unbesetzten Stellen, explizit für Sensorelemente bereitstell bar .
In einigen Aspekten können die Module als Subpixel erzeugt sein. Module, die in verschiedenen Farben emittieren, können auf ver schiedenen zweiten Trägern bzw. Ersatzträgern erzeugt worden sein .
Gemäß verschiedenen Ausführungen kann eine Vielzahl von Senso relementen als Teil einer am ersten Träger bzw. Endträger aus gebildeten Sensoreinrichtung ausgebildet sein, um elektromag netische Strahlung, die auf eine erste Seite des ersten Trägers trifft, zu empfangen. Auf diese Weise können je nach Verwendung unterschiedliche Strahlungsspektren erfasst werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann ein Sensorelement als Fotodiode, in Form eines Fototransistors, in Form eines Fotowiderstandes, in Form eines Umgebungslichtsensors, in Form eines Infra rotsensors, in Form eines Ultraviolettsensors, in Form eines Annäherungssensors oder in Form eines Infrarotbauelements aus gebildet sein. Ebenso kann der Sensor ein Vitalsensor sein, der einen Vitalparameter erfasst. Die Anzeigevorrichtung ist damit vielseitig verwendbar. Ein Vitalzeichen kann beispielsweise die Körpertemperatur sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Vitalzeichen-Überwa- chungs-Sensor innerhalb eines Anzeigenschirms oder hinter der hinteren Oberfläche eines Anzeigenschirms angeordnet sein, wo bei der Sensor zur Messung eines oder mehrerer Parameter eines Benutzers eingerichtet ist. Dieser Parameter ist neben einer Körpertemperatur auch z.B. die Blickrichtung des Auges, Pupil lengröße, Hautwiderstand oder ähnliches.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann ein Bauelement jeweils eine an einem Träger ausgebildete erste Schicht aufweisen, auf der eine aktive Übergangsschicht und auf dieser eine zweite Schicht ausgebildet ist. Ein erster Kontakt ist an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht an geschlossen ist, und ein zweiter Kontakt ist an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht angeschlos sen. Diese Ausgestaltung entspricht einer vertikalen m-LED. Auf diese Weise können die Bauelemente von lediglich einer Seite kontaktiert werden. In weiteren Aspekten hierzu kann der zweite Kontakt mittels eines Dielektrikums zur Übergangsschicht und zur zweiten Schicht elektrisch isoliert zu und an dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht verlaufen.
Neben der Herstellung von monolithischen Pixelarrays lassen sich auch m-LED auf eine Trägerplatine aufbringen und anschließend kontaktieren. Wegen der Größe einzelner m-LEDs sind diese nur schwer einzeln zu transferieren und zu kontaktieren. Aus diesem Grund wird für einige Anwendungen im Bereich Automotive, Vide owalls oder auch in speziellen Fällen bei Augmented Reality Anwendungen m-LEDs erst auf ein etwas größeren Träger aufge- bracht und dieser dann mit Leitungen auf einer Platine kontak tiert. Die Platine kann wiederum eine Videowall, Pixelmatrix oder eine ähnliche Bildschirmanordnung sein. Derartige Anord nungen verlangen manchmal spezielle Anschlusstechniken, die sich zudem von Anordnung zu Anordnung und Technologie oder Her- Stellungsprozess unterscheiden. Dies macht die Bereitstellung verschiedener m-LEDs bzw. Module mit solchen recht aufwändig.
Somit besteht ein Bedürfnis, ein Pixelmodul für verschiedene Montagen zu entwickeln, die verschiedenen Anforderungen genü- gen und insbesondere für Herstellungsprozesse für Videowall NPP der unterschiedlichen Generationen, also auch für LED Matrizen bei AR oder VR Anwendungen oder flexible Displays im Automoti vebereich geeignet sind. In einer Ausgestaltung umfasst ein m-LED Modul einen Körper mit einer ersten Hauptfläche und vier Seitenflächen. Auf der ersten Hauptfläche sind zumindest drei Kontaktpads angeordnet. Diese sind ausgeführt mit jeweils einem optoelektronische Bauelement elektrisch verbunden zu werden. Beispielsweise sind die drei, oder eine Untermenge von diesen mit einer m-LEDs mit einer Kantenlänge von 10 gm oder kleiner verbunden. Erfindungsgemäß sind weiterhin mehrere Kontaktstege vorgesehen. Jeder Kontakt steg verbindet einen der zumindest drei Kontaktpads elektrisch. Zudem führen die Kontaktstege auf der ersten Hauptfläche zu wenigstens einer der vier Seitenflächen. Mit anderen Worten sind die Kontaktstege auf der ersten Hauptfläche und den wenigstens einer der Seitenflächen angeordnet. Auf der Seitenfläche bilden die Kontaktstege Kontaktfahnen, d.h. sie sind für eine externe Kontaktierung ausgeführt.
Mit dem vorgeschlagenen m-LED Modul ist somit eine Umverdrahtung möglich, so dass das Modul in einfacher Weise an die bereit vordefinierten Anschlussstellen auf einem Träger oder einer Matrix angeschlossen werden kann. Insbesondere können die deut lich kleineren m-LEDs auf dem Modul vorher angeordnet werden, so dass mit dem Modul zusätzlicher Platz zum elektrischen An schluss geschaffen wird. Dies erlaubt eine höhere Flexibilität und den Einsatz derartiger Module für verschiedene Anwendungen.
Neben einem Modul mit drei m-LEDs, die beispielsweise so zu einem Pixel zusammengefasst werden, lassen sich auch mehrere m- LEDs auf diese Weise zu einem größeren Modul zusammenfassen. Die einzelnen m-LEDs sind separat fertigbar, wodurch die für die jeweilige m-LED optimale Technologie verwendbar ist. Ein zelne m-LED sind auch redundant ausführbar. Größere Module wer den auch als Segmente bezeichnet. Neben einzelnen m-LEDs können auch die hier offenbarte speziellen Module mit flacher und tie fer Mesaätzung benutzt werden. Ebenso wäre eine Ausgestaltung in Barrenform oder mit der vorgeschlagenen Antennenstruktur denkbar. Durch die vorgeschlagene Umverdrahtung können so Mo- dule und m-LED einzeln gefertigt und an die jeweilige Anwendung angepasst werden. In einer Ausgestaltung verlaufen die Kontaktstege lediglich entlang der Seitenwände, in einer weiteren Ausgestaltung sind diese ebenso mit Kontaktpads auf einer zweiten Hauptfläche, der Unterseite des m-LED-Moduls verbunden. Es gibt damit sowohl Kontaktpads auf der Oberseite (für die m-LEDs) als auch auf der Unterseite des m-LED Moduls. Dadurch lässt sich das m-LED Modul sowohl für Herstellungsprozesse auf SMT-Basis (surface mounted technology) als auch für Kontaktstegprozesse verwenden, bei de nen Kontaktstege auf dem Träger an die Seitenflächen des Moduls herangeführt werden. Durch die Ausgestaltung wird das Modul flexibler und kann auch Fertigungstoleranzen des Trägers (bei spielsweise in der Kontaktsteglänge oder Größe) besser ausglei- chen .
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine zweite Seitenfläche der vier Seitenflächen lediglich den vierten Kon taktsteg aufweist. Dieser Kontaktsteg kann ausgezeichnet sein, beispielsweise in einem Betrieb mit einem besonderen Potential beaufschlagt werden. Zudem kann er sich auch optisch, beispiels weise durch seine Größe auf der Seitenfläche von den anderen Kontaktstegen unterscheiden. Dadurch wird gewährleistet, dass das Modul beim Transfer richtig herum aufgesetzt wird. In einer anderen Ausgestaltung sind zwei der drei Kontaktstege auf un terschiedlichen Seitenflächen angeordnet. In einem Beispiel sind vier Kontaktstege vorgesehen, die jeweils auf einer Sei- tenfläche angeordnet und bevorzugt mit einem Kontaktpad auf der Unterseite des Moduls, d.h. der zweiten Hauptfläche verbunden sind .
In einem anderen Beispiel sind ebenfalls Kontaktstege auf der ersten Hauptfläche angeordnet. Diese verlaufen zu den Ecken und anschließend entlang der Ecken der Seitenflächen in Richtung einer zweiten Hauptfläche, z.B. der Unterseite des Moduls.
Ein anderer Aspekt betrifft die Ausgestaltung des Modulkörpers. Danach besitzt dieser beispielsweise ein Prisma mit der Grund fläche eines Rechtecks oder anderen viereckigen Fläche. In einer Ausgestaltung ist eine zweite Hauptfläche vorgesehen, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt und eine größere Fläche als diese aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Hauptfläche mit jeder der vier Seitenflächen einen Winkel von 90° oder mehr einschließt. Dadurch wird ein prismaförmiger oder viereckiger Pyramidenstumpf gebildet. In einer anderen Ausge staltung sind die Seitenflächen nicht senkrecht zu der ersten Hauptfläche angeordnet.
In einem weiteren Aspekt umfassen die Kontaktstege und/oder die Kontaktpads eine, insbesondere aufgedampfte Metallfahne, deren Dicke kleiner als 5 gm, insbesondere kleiner als 2 gm oder sogar kleiner als lgm ist. Beispielsweise kann eine Dicke der Kon- taktstege und Kontaktpads im Bereich von 100 nm bis 50 nm sein. Diese können durch entsprechende fotolithographische Prozesse hergestellt werden. Je nach Ausgestaltung können die Metallfah nen und Kontaktpads auch auf einer isolierenden Schicht des Modulkörpers abgeschieden sein, beispielsweise durch MOCVD oder ähnliches. Kontaktpads auf der Unterseite können in einem se paraten Schritt gefertigt werden. In einer weiteren Ausgestal tung umfasst der Modulkörper mindestens eine mit einem elektrisch leitfähigen Material wenigstens teilweise gefüllte Durchkontaktierung, wobei das elektrisch leitfähige Material auf der ersten Hauptfläche mit einem der zumindest drei auf der ersten Hauptfläche angeordnete Kontaktpads verbunden ist oder diese bildet.
Der Modulkörper kann mit durchgängigen Hauptflächen ausgestal- tet sein. In einer anderen Ausgestaltung kann der Körper eine Vertiefung auf der ersten oder der zweiten Hauptfläche aufwei sen, in der wenigstens Kontaktsteg verläuft. Ein Kontaktsteg auf der zweiten Hauptfläche kann mit einer Durchkontaktierung verbunden sein und an ein Kontaktpad führen. Ebenso kann ein Kontaktsteg wenigstens eine auf der ersten Hauptseite angeord nete m-LED an die Durchkontaktierung anschließen.
Der Körper kann Silizium aufweisen oder aus diesem gebildet sein. Er kann von einer isolierenden Schicht beispielsweise Siliziumdioxid umgeben sein, um einen Kurzschluss zu verhindern. Das Siliziummaterial kann an einer Stelle frei sein, an das ein Bezugspotential angeschlossen ist. Durchkontaktierungen durch den Körper sind ebenfalls mit Isolationsmaterial ausgekleidet. Die Kontaktstege und Kontaktpads sind auf der isolierenden Schicht aufgebracht. Der Modulkörper kann eine Dicke von weniger als 30 pm, insbesondere im Bereich von 5 pm bis 15pm umfassen. Damit wird eine sehr geringe Bauhöhe von nur wenigen 10 pm realisierbar. Durch eine zusätzliche Vertiefung, in der die optischen Bauelemente eingesetzt sind, kann die gesamte Höhe des Moduls noch weiter reduziert werden.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eine m-LED Moduls, bei dem unter anderem ein Membranwafer struktu riert wird, so dass dieser eine Vielzahl von im wesentlichen V- förmigen grabenförmigen Vertiefungen aufweist. Die Vertiefungen sind so ausgestaltet, dass eine erste durch Gräben begrenzte Hauptfläche des strukturierten Membranwafers mit den Flanken der Gräben einen Winkel von 90° oder größer einschließt. Sodann werden mehrere Kontaktpads auf der ersten Hauptfläche des Memb- ranwafers erzeugt. Optional und/oder zusätzlich können Leitun gen, Kontaktfahnen und Stege auf der ersten Hauptfläche und den Seitenflächen erzeugt werden. Dann wird zumindest ein opto elektronisches Bauelement, insbesondere eine m-LED auf das Mo dul aufgebracht und mit einem Kontaktpad elektrisch leitend verbunden. In einem nachfolgenden Schritt wird ein temporärer Träger bereitgestellt und der Membranwafer nach einem Umbonden mit dem temporären Träger rückseitig bis zu oder kurz vor die Gräben zurückgeätzt. Schließlich erfolgt ein Aufbringen von rückseitigen Kontakten und ein optionales Vereinzeln.
Wie bereits erläutert kann bei monolithischen Arrays ein Pi xelfehler durch Bereitstellung eines redundanten Subpixels re duziert werden. Ein elektrisches Übersprechen ist vermieden, während ein optisches Übersprechen zwischen den redundanten Subpixeln ist dennoch möglich. Ein ähnliches Problem existiert auch bei separierten Pixeln. Zwar kann eine Funktionsfähigkeit vor dem Separieren eventuell getestet werden, jedoch kann es wegen der geringen Größe von m-LEDs während des Transfers auf das Backplane in der Fertigung zu Fehlern bei der Positionierung oder dem Anschließen kommen. Neben stetigen Verbesserungen der Prozessschritte bei der Herstellung gibt es den Ansatz, jedes Pixel eines Pixelarray mit redundanten m-LEDs bzw. genauer ge sagt mit redundanten Positionen zu versehen auf denen m-LED platziert werden können. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass für jeden RGB Subpixel eines Pixels zwei oder mehr m-LED-Chips anstelle von nur einem m-LED-Chip für eine Farbe verbaut werden, was bei den meisten Pixeln zu einer Überbesetzung an Subpixeln pro Pixel führt. Nach einem anderen Ansatz werden fehlerhafte Subpixel eines Pixels repariert. Nach einem Funktionstext wer- den fehlerhafte Subpixel abgeschaltet und durch funktionierende Subpixel ersetzt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Pixel felds oder eines Pixelarrays umfasst unter anderem ein Bereit- stellen eines Substrats zur feldartigen Anordnung von Pixeln auf dem Substrat und zur elektrischen Kontaktierung der Pixel, wobei das Substrat für einen Pixel einen Satz von Primär-Kon- takten bereitstellt, wobei der Satz von Primär-Kontakten des Pixels zur elektrischen Kontaktierung von einer Gruppe von Sub- pixeln des Pixels vorgesehen ist, wobei das Substrat für den Pixel einen Satz von Ersatzkontakten bereitstellt. Anschließend werden die Primär-Kontakte des Pixels mit einer Gruppe von m-LEDs bestückt, wobei der Satz von Ersatzkontakten des Pixels nicht bestückt wird. Dann werden fehlerhafte m-LEDs in der Gruppe von m-LEDs identifiziert und einer der ggf. meh rere Ersatzkontakte des Satzes von Ersatzkontakten des Pixels mit einem Ersatz-Subpixel für das fehlerhafte m-LEDs bestückt. In diesem Zusammenhang kann ein Pixel eines oder mehrere Sub pixel umfassen. Auch kann das Pixel zum Anschluss einer verti kalen oder einer horizontalen m-LED ausgeführt sein. Entspre chend kann ein Primärkontakt mindestens einen Kontaktbereich (bei einer vertikalen m-LED) oder zwei Kontaktbereiche (bei Bestückung mit horizontalen m-LEDs) umfassen. Einer der zwei Kontaktbereiche kann von mehreren m-LED, darunter der redundan ten benutzt werden. Bei Ausbau mit vertikalen m-LED kann eine der hier vorgestellten Deckelelektrode vorgesehen sein. Auch kann das Pixelfeld von einer umlaufenden Spiegelschicht umgeben sein .
Neben separaten m-LEDs kann auch eine Bestückung mit den hier offenbarten m-LED-Modulen bzw. Basismodulen erfolgen. Bei- spielsweise kann ein m-LED-Modul zwei Basismodule umfassen, so dass ein Basismodul als redundante Einheit vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit das Bestücken der Primär-Kontakte für jeden Pixel eines Pixelfelds mit einer vor- gesehenen Gruppe von Subpixeln. Dabei wird jeweils ein Primär- Kontakt mit einem Subpixel bestückt. In jedem Pixel können so dann die fehlerhaften Subpixel auf den Primär-Kontakten bestimmt werden. Für einen identifizierten, fehlerhaften Subpixel in ei nem Pixel erfolgt in einem Folgeschritt das Bestücken eines Ersatzkontakts für den Pixel mit einem Ersatz-Subpixel. Somit wird in einem Pixel nur ein Ersatzkontakt mit einem Subpixel bestückt, um einen als fehlerhaft identifizierten Subpixel auf den Primär-Kontakten in funktioneller Hinsicht zu ersetzen. Eine redundante Bestückung der Pixel mit mehreren, gleichfar bigen Subpixeln ist dadurch nicht erforderlich. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Redundanzkonzepten kommen sehr viel weniger Subpixel in einem herzustellenden Pixelfeld zum Einsatz, da eine erhöhte Bestückung nur nach der Identifi- zierung von fehlerhaften Subpixeln erfolgt. Die Herstellungs kosten können somit gesenkt werden.
Zudem können Ansteuertechniken in dieser Anmeldung verwendet werden, um einerseits die Funktionsfähigkeit einer m-LED zu testen und andererseits bei einem Ausfall, insbesondere bei einem „SHORT" durch schmelzen einer Sicherung oder andere Maß nahmen die fehlerhafte m-LED sicher zu trennen. Dadurch kann die fehlerhafte auf dem Pixel verbleiben, wodurch zusätzliche Prozessschritte entfallen können.
Außerdem besteht die Möglichkeit, die Ersatzkontakte für einen Pixel bei Identifizierung von fehlerhaften Subpixeln einzeln nachzubestücken. Auch eine mehrmalige Bestückung von noch freien Ersatzkontakten eines Pixels ist möglich, in Folge weiterer Funktionstests in einer fortlaufenden Prozessierung . Die Er folgswahrscheinlichkeit des Bestücksvorgangs lässt sich dadurch erhöhen. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, Subpixel, z.B. in Form m-LED-Chips, mit ausgewählten Kenndaten nachzusetzen, zum Beispiel um eine korrekte Farbkalibrierung in einem jewei- ligen Pixel zu erreichen.
Nach einer Ausgestaltung können die Schritte des Identifizie- rens eines fehlerhaften Subpixels in der Gruppe von Subpixeln und des Bestückens eines Ersatzkontakts mit einem Ersatz-Sub- pixel für das identifizierte Subpixel solange wiederholt wer den, bis in dem Pixel für jedes als fehlerhaft identifizierte Subpixel ein Ersatz-Subpixel vorhanden ist. Für sämtliche feh lerhafte Subpixel eines Pixels kann das Substrat somit mit Er- satz-Subpixeln in einem nachfolgenden Prozessschritt bestückt werden .
Nach einem weiteren Aspekt muss ein als fehlerhaft identifi ziertes Subpixel nicht entfernt werden, wenn das fehlerhafte Pixel als „OPEN" deklariert wurde, d.h. kein Fehlstrom durch das beschädigte oder zerstörte Pixel fließt. Ebenso können schaltungstechnische Maßnahmen vorgesehen werden, um eine elektrische Kontaktierung für ein identifiziertes, fehlerhaftes Subpixel zu trennen. Eine Bestromung des fehlerhaften Subpixels beim Betrieb des Pixelfelds kann dadurch vermieden werden. Ent sprechende Konzepte sind in dieser Anmeldung offenbart und kön nen hierfür eingesetzt werden.
Im Vergleich zu Reparaturkonzepten kann der Prozess des Entfer- nens von fehlerhaften Subpixeln entfallen. Der Herstellungspro zess wird dadurch schneller und kostengünstiger. Das Risiko der Beschädigung des Pixelfelds bei der Entfernung von fehlerhaften Subpixeln entfällt. Eine Reparatur unter Entfernung eines feh lerhaften Subpixels erlaubt zwar die weitere Verwendung der frei werdenden Primär-Kontaktfläche . Allerdings senken Rückstände und Beschädigungen die Erfolgswahrscheinlichkeit eines zweiten Bestückungs- und Bondvorgangs. Die bereitgestellten Ersatzkon takte sind dagegen frei von Rückständen und Beschädigungen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein als fehlerhaft identifiziertes Subpixel und das Ersatz-Subpixel zur Emission von Licht der gleichen Farbe vorgesehen sind. Ein fehlerhaftes Subpixel wird somit durch ein Ersatz-Subpixel ersetzt, welches wenigstens nä herungswiese die gleiche Farbe emittiert wie das fehlerhafte Subpixel, wenn es funktionstüchtig wäre. Die Gruppe von Subpixeln eines jeweiligen Pixels kann einen oder mehrere Sätze von RGB-Subpixeln umfassen. RGB steht hierbei für rot, grün und blau. Die Gruppe von Subpixeln kann daher zum Beispiel drei Subpixel aufweisen. Ein Subpixel kann zur Emission von rotem Licht, ein weiteres Subpixel kann zur Emission von grünem Licht, und noch ein weiteres Subpixel kann zur Emission von blauem Licht ausgebildet sein. Durch additives Mischen der drei Grundfarben rot, grün und blau kann in an sich bekannter Weise jede oder nahezu jede beliebige Farbe erzeugt werden.
Die Gruppe von Subpixeln kann zur Erzeugung jeder Primärfarbe auch mehr als einen jeweiligen Subpixel aufweisen. Die Gruppe von Subpixeln kann zum Beispiel 6 Subpixel umfassen, wobei je weils zwei Subpixel zur Erzeugung von rot, grün bzw. blau vor- gesehen sind.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass kein Ersatzkon takt des Pixels mit einem Ersatz-Subpixel bestückt wird, wenn in dem Pixel kein fehlerhaftes Subpixel gefunden wird. Das Pi- xelfeld kann somit Pixel aufweisen, bei denen der Ersatzkontakt oder die Ersatzkontakte nicht bestückt sind.
Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit der Ausgestaltung der Primärkontakte . Diese sind zur anodenseitigen und/oder zur ka- thodenseitigen Kontaktierung der Subpixel eines Pixels ausge bildet sind. Die Kontakte können zum Beispiel derart ausgestal tet sein, dass sich sogenannte Flip-Chips auf diesen Kontakten anordnen und elektrisch verbinden lassen. Bei Flip-Chips han delt es sich um optoelektronische Chips, deren elektrische p- und n-Kontakte auf der gleichen Oberflächenseite liegen. Ebenso können die Ersatzkontakte zur anodenseitigen und/oder zur ka thodenseitigen Kontaktierung der Ersatz-Subpixel eines Pixels ausgebildet sein. Die durch die Ersatzkontakte erreichte Redun danz der Kontaktflächen für die Subpixel eines jeweiligen Pixels kann sich somit sowohl auf die Kathode als auch auf die Anode eines Subpixels beziehen oder auch nur auf einen der beiden Anschlüsse .
In diesem Zusammenhang wird ein Subpixel oder ein Ersatz-Sub- pixel durch eine m-LED gebildet, die auf dem jeweiligen Kontakt aufgesetzt und elektrisch und mechanisch verbunden wird. Das Bestücken des Ersatzkontakts mit einem Ersatz-Subpixel für das als fehlerhaft identifizierte Subpixel kann unabhängig von der Farbe des von dem Ersatz-Subpixel emittierten Lichts erfolgen. Im Regelfall wird jeder Primärkontakt bestückt und nur die Er satzkontakte der als fehlerhaft deklarierten m-LEDs . Jedoch muss sich ein Primärkontakt von einem Sekundärkontakt schaltungs technisch oder auch von seiner Struktur auf der Oberfläche nicht unterscheiden. Insofern kann daher auch eine kombinierte Bestü- ckung erfolgen. In diesem Zusammenhang kann auch davon gespro chen werden, dass der erste von einer m-LED einer Farbe be stückte Kontakt den Primärkontakt darstellt.
Das vorgeschlagene Konzept betrifft ebenso ein Pixelfeld mit einem Substrat zur feldartigen Anordnung von Pixeln auf dem Substrat und zur elektrischen Kontaktierung der Pixel, wobei das Substrat für einen Pixel einen Satz von Primär-Kontakten bereitstellt. Der Satz von Primär-Kontakten ist zur elektrischen Kontaktierung von einer Gruppe von Subpixeln vorgesehen. Das Substrat stellt außerdem für den Pixel einen Satz von Ersatz kontakten bereit. Nach dem vorgeschlagenen Prinzip sind die Primär-Kontakte mit der Gruppe von Subpixeln bestückt sind, wobei die Gruppe von Subpixeln ein fehlerhaftes, deaktiviertes Subpixel aufweist, und wobei ein Ersatzkontakt des Satzes von Ersatzkontakten des Pixels mit einem Ersatz-Subpixel als Ersatz für das fehlerhafte, deaktivierte Subpixel bestückt ist.
Bei wenigstens zwei Pixeln des Pixelfelds kann die Anzahl der besetzten Ersatzkontakte unterschiedlich sein. Dies ergibt sich daraus, dass in einem Pixel die Ersatzkontakte nur dann mit Ersatz-Subpixeln bestückt werden, wenn fehlerhaft Subpixel auf den Primärkontakten identifiziert werden.
Die oben dargelegten Konzepte zur Reduzierung eines Defektes oder auch des Übersprechens verbessern die Ausbeute funktions fähiger Elemente während der Herstellung. Mehrere Aspekte be schäftigen sich mit Maßnahmen zur Verbesserung eines Transfers von m-LEDs . Hierzu werden nun verstärkt m-LEDs entwickelt, deren Kantenlängen meist weniger als 100 gm, häufig zwischen 70 gm und 20 gm, betragen. Für besondere Anwendungen im Bereich der Augmented Reality betragen die Abmessungen auch weniger als 20 gm beispielsweise im Bereich von lgm bis 10gm oder sogar lgm bis 5gm. Eine der technischen Herausforderungen im Zusammenhang mit g- LEDs ist insbesondere das Herstellungsverfahren, da eine große Anzahl von m-LEDs nicht nur erzeugt, sondern auch in Matrizen oder Module verbaut werden müssen. Um derartige Module oder sogar größere Displays herzustellen, werden die hergestellten m-LED entweder als einzelne Chips, oder bereit in den hier vorgestellten Modulen zusammengefasst auf eine Trägerfläche des Moduls oder des Displays transferiert, dort befestigt und elektrisch verbunden. Bei mehreren Millionen zu transferieren den LEDs ist dieser Prozess kritisch in Bezug auf Schnelligkeit und Genauigkeit.
Bekannt sind dafür verschiedene Verfahren wie beispielsweise das Transfer-Printing-Verfahren . Diese nehmen mit einem flächi gen Stempel gleichzeitig eine Vielzahl von m-LEDs von einem Wafer auf, bewegen diese zu der Trägerfläche des späteren Dis plays und setzen diese dort präzise zu einer großflächigen Ge samtanordnung zusammen. Hierfür kann beispielsweise ein Elasto mer-Stempel benutzt werden, an dem durch geeignete Oberflächen strukturen und Materialbeschaffenheit die einzelnen m-LEDs haf- ten bleiben, ohne mechanisch oder elektrisch beschädigt zu wer den. Dies kann je nach Prozesstechnologie problematisch werden, da die m-LED bei Ablösen sich Verkippen, Verschieben oder Ver drehen können. Daher ist es wünschenswert, ein Aufnehmen für m- LEDs mit reduzierten Haltekräfte oder Beschädigungen zu ermög lichen .
Der im folgenden beschriebenen Aspekte und Ideen liegen die folgenden Überlegungen zugrunde: Beim Einsatz von Mass-Trans- fer-Verfahren, also dem gleichzeitigen örtlichen Versetzen ei ner Vielzahl von Halbleiterchips, werden die m-LEDs von einem Wafer mithilfe eines geeigneten Werkzeugs aufgenommen bzw. an gehoben. Hierfür ist es erforderlich, dass die Chips eine exakte und bestimmbare Position auf dem Wafer haben, um beispielsweise ein Werkzeug wie einen Elastomerstempel mit seinen Kissenstruk turen so exakt wie möglich über der jeweiligen m-LED positio nieren zu können. Gleichzeitig sollte eine Oberflächenstruktur stets homogen und gleichartig räumlich positioniert sein, so- dass sich ein Transferwerkzeug möglichst standardisiert mit ho- her Erfolgswahrscheinlichkeit an eine Chipoberfläche anheften kann .
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer m-LED vorgeschlagen, bei dem eine erste elektrisch lei- tende Kontaktschicht an einer dem Substrat abgewandten ersten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels angeordnet wird. Der Schichtenstapel ist als optisch aktiver Schichtensta pel ausgebildet und bildet entsprechend insbesondere eine m- LED. Dann wird mindestens eine an dem Substrat befestigte, die m-LED tragende Haltestruktur ausgebildet. Durch die Haltestruk tur kann der kontaktierte funktionale Schichtenstapel während eines Abhebens abgebrochen werden. Anschließend wird zumindest teilweise eine zwischen einer dem Substrat zugewandten zweiten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels und dem Substrat angebrachten, insbesondere AlGaAs oder InGaAlP aufwei senden, Opferschicht entfernt. Nach dem teilweisen Entfernen kann eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht an der zwei ten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels im Be reich der entfernten Opferschicht angebracht werden
Bei dem hier vorgestellten Verfahren erfolgt insbesondere ein lithographisches Bearbeiten eines funktionalen Schichtenstapels lediglich an einer Seite eines Substrats, wodurch gegebenenfalls ein zusätzliches Umbonden vermieden wird. Die Haltestruktur kann wiederum lithographisch an die Bedürfnisse, die Größe des Schichtenstapels und andere Parameter angepasst werden. Gleich zeitig wird der Schichtenstapel auf beide Seiten kontaktiert und so eine vertikale m-LED ausgebildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine m-LED vorgeschlagen, welche einen funktionalen Schichtenstapel aufweist. An einer einem Substrat abgewandten ersten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels ist eine erste elektrisch leitende Kontakt schicht und an einer dem Substrat zugewandten zweiten Hauptflä chenseite des funktionalen Schichtenstapels eine zweite elekt rische leitende Kontaktschicht angebracht. Hierbei wird der kontaktierte funktionale Schichtenstapel von mindestens einer an dem Substrat befestigen Haltestruktur, insbesondere frei, getragen. Durch die Haltestruktur ist der kontaktierte funkti onale Schichtenstapel in weiteren Prozessschritten während ei nes Abhebens abbrechbar ist. Entsprechend weist der Schichten stapel bzw. die m-LED nach dem Abheben und in allen folgenden Prozessschritten eine Bruchkante auf.
Durch die hier vorgeschlagenen Maßnahmen muss kein Umbonden erfolgen und es ist eine einfache Ausrichtung einer lithogra phischen Maskierung möglich. Die Ausbildung einer vertikalen m- LED ist ebenso wie eine horizontale LED möglich. Eine Absorption ist verringert und eine Lichtauskopplung durch die horizontale Oberfläche ist vergrößert, wobei dünnere epitaktisch erzeugte Schichten möglich sind. Ohne Bonden unterliegt die Epi-Struktur einer Schichtfolge einer geringeren mechanischen Belastung. Zu dem erlaubt die Opferschicht einen genaueren Ätzprozess, da der Ätzprozess für die Opferschicht sehr selektiv sein kann. Die Kontaktschicht kann deshalb dünner ausgebildet werden.
In einigen Aspekten kann die Haltestruktur insbesondere InGaAlP oder AlGaAs oder BCB oder ein Oxid, beispielsweise Si02, oder ein Nitrid oder eine Kombination derartiger Materialien aufwei sen, und insbesondere elektrisch nichtleitend sein. In diesem Fall wäre sie auch ausgestaltet den Schichtenstapel zu passi vieren. Die Haltestruktur kann zumindest teilweise epitaktisch gewachsen oder mittels Dampfen oder galvanisch erzeugt werden. Demgegenüber kann die Opferschicht AlGaAs oder InGaAlP aufwei sen und nass-chemisch weggeätzt werden, die erste und/oder zweite elektrisch leitenden Kontaktschichten können mittels Sputterns, Dämpfens, galvanisch oder epitaktisch ausgeführt werden. Die Kontaktschichten können transparent sein und ITO oder ZnO oder ein Metall aufweisen. Um eine Oxidation oder Degradation zu vermeiden, ist in einigen Aspekten vorgesehen, eine Flanke des kontaktierten funktionalen Schichtenstapels mittels einer Passivierungsschicht bedeckt sein. Alternative wäre es möglich von einer Flanke des kontaktierten funktionalen Schichtenstapels her ein Metall, insbesondere Zn, in einen äu ßeren Randbereich des funktionalen Schichtenstapels einzudif fundieren. Dadurch wird im Randbereich die Bandstruktur verän dert und so Ladungsträger von dem mit einer erhöhten Defekt dichte betroffenen Bereich ferngehalten.
Um die Haltestruktur sicher zu befestigen, kann diese sich an dem funktionalen Schichtenstapel von dessen erster Hauptflä chenseite her bis in das Substrat hinein erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann an dem funktionalen Schichtenstapel an dessen erster Hauptflächenseite eine, ins besondere InGaAlP und/oder AlGaAs aufweisende, erste Trage schicht ausgebildet sein, an der die erste elektrisch leitende Kontaktschicht angebracht sein kann, wobei die erste Trage schicht und die erste elektrisch leitende Kontaktschicht zumin dest an einer Stelle an dem Substrat angebracht sind und somit zusammen die Haltestruktur bereitstellen können. Ein anderer Gesichtspunkt beschäftigt sich mit der Frage wie eine Vermeidung von Bruchkanten und eine Verbesserung des Ab hebens erreicht werden kann.
Es wird hier eine Lösung vorgeschlagen, bei der mit kristalli- nen, dielektrischen Haltestrukturen eine mechanische Verbindung zwischen der m-LED und einem umliegenden oder darunterliegenden Substrat aufrechterhalten wird. Diese mechanische Verbindung ist allerdings derart ausgestaltet, dass diese zwar einerseits den Chip der m-LED mechanisch zuverlässig an Ort und Stelle hält, andererseits aber bei Ausüben einer möglichst kleinen Biegekraft oder Zugkraft brechen und so den Chip zum Abtransport freigeben .
Im Besonderen wird eine Trägerstruktur zur Aufnahme von flächi gen Mikrochips bzw. m-LEDs vorgeschlagen. Unter einer Trä- gerstruktur soll hier eine Anordnung gemeint sein, der eine Vielzahl derartiger m-LEDs beispielsweise mit Kantenlängen im Bereich von 5 pm bis 20 pm oder kleiner aufnehmen kann. Zweck soll hier insbesondere eine mechanisch stabile Fixierung, bei spielsweise relativ zu einem Raster oder einer Matrix, unter möglichst guter Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes sein. Weiterhin soll diese Trägerstruktur geeignet sein, die Vielzahl von Mikrochips für einen Transfer mithilfe eines Trans ferwerkzeuges vorzusehen. Die Trägerstruktur weist weiterhin mindestens zwei Aufnahmeele mente auf, die mit dem Trägersubstrat verbunden sind. Unter einem Aufnahmeelement soll hier ein Mechanismus oder Funktions element verstanden werden, das geeignet ist, eine m-LED gege- benenfalls im Zusammenspiel mit weiteren Aufnahmeelementen durch mechanischen Kontakt räumlich zu fixieren bzw. in einer definierten räumlichen Position zu halten. Ein Aufnahmeelement kann Durchmesser beispielsweise im Bereich von 1 m aufweisen. Gemäß einem Beispiel ist ein Mikrochip an zwei Aufnahmeelemente befestigt.
In einigen Aspekten umfasst die Trägerstruktur ein flächiges Trägersubstrat. Ein solches Trägersubstrat kann beispielsweise ein Wafer, eine Folie, ein Frame oder Ähnliches aus dem Bereich der Halbleiterherstellung sein. Dabei kann beispielsweise ein Wafer neben seiner Funktion als Grundplatte oder Basismaterial für den Herstellungsprozess des Halbleiters auch eine Stütz funktion oder Trägerfunktion zur Vorbereitung eines nachfolgen den Mass Transfers bieten. Daneben sind auch flexible Materia- lien, wie beispielsweise Folien als Trägersubstrat geeignet.
Ein Aufnahmeelement kann gemäß einem Beispiel säulenartig, pfei lerartig oder pfahlartig vom Trägersubstrat ausgehend ausgebil det sein. In einer Ausgestaltung liegt der Mikrochip an seinen Ecken oder Kanten auf den wenigstens zwei Aufnahmeelementen teilweise aber nicht vollständig auf. Die Aufnahmeelemente sind mit dem Trägersubstrat verbunden und ausgeführt, einen Mikro chip derart zwischen den mindestens zwei Aufnahmeelementen lös bar festzuhalten, dass m-LED mit einer definierten Mindestkraft senkrecht zur Trägerstrukturebene herausbewegt werden kann.
Mit anderen Worten soll einerseits ein ausreichend sicherer Halt der m-LED durch die Aufnahmeelemente erreicht werden, anderer seits soll bewusst die Möglichkeit geschaffen werden, die m-LED mit einer möglichst geringen Kraft abzulösen und beispielsweise einem Transferwerkzeug zuzuführen. Dazu kann vorgesehen sein die Auflagefläche für jedes Auflageelement kleiner als 1/20, insbesondere kleiner als 1/40 und insbesondere im Bereich von 1/80 bis 1/50 kleiner als die Chipfläche der m-LED vorzusehen. In einer alternativen Ausgestaltung, ist eine Kantenlänge der m-LED mindestens um den Faktor 10, insbesondere mindestens um den Faktor 20 größer als eine Kantenlänge des Aufnahmeelements.
Unter „lösbar" soll verstanden werden, dass keine dauerhafte, beispielsweise stoffschlüssige Verbindung wie beispielsweise Verschmelzen, Verkleben oder Ähnliches zwischen Mikrochip und Aufnahmeelement vorliegt, sondern eine zerstörungsfreie, lös bare Verbindung. Die Befestigung kann auf einer physikalischen Verbindung, wie beispielsweise einer Haftverbindung durch Van- De-Waals Kräften oder Elektronenbrücken beruhen. Selbige kann durch unterschiedliche Materialien und eine geeignete Auswahl selbiger zwischen der m-LED und den Aufnahmeelementen gegeben sein. Hierdurch sollen insbesondere ein Brechen oder ähnliche Verfahren umgangen werden, bei denen eine Zerstörung von Mate- rialstrukturen mit den entsprechenden Bruchstücken, Partikeln oder Splittern involviert wäre. Stattdessen werden hier alter native Haftmechanismen wie das Ausnutzen von mechanischer Rei bung oder Delamination genutzt. Insbesondere werden bekannte begrenzte oder limitierte Haftungseigenschaften von Materialien oder Materialkombinationen ausgenutzt. Gemäß einem Beispiel liegt die m-LED zwischen zwei oder mehreren Aufnahmeelementen auf .
An den Kontaktflächen ergeben sich beispielsweise Haftkräfte oder andere Adhäsionskräfte, die eine mechanische Fixierung der m-LED im Raum erlaubt. Wenn nun eine definierte Mindestkraft beispielsweise durch ein angeheftetes Transferwerkzeug auf die m-LED wirkt, werden folglich Ablösekräfte an den Kontaktflächen zwischen m-LED und den Aufnahmeelementen wirksam. Durch eine geeignete Auswahl von Materialien oder Materialkombinationen an diesen Kontaktflächen kann diese definierte Mindestkraft beein flusst werden.
Die Kontaktflächen oder Überlappungen können beispielsweise Ab messungen im Bereich von 0,05 pm2 bis 1 pm2 aufweisen. Hierbei ist es wünschenswert, dass einerseits ein sicherer Halt der p- LED an der Trägerstruktur erreicht wird. Andererseits ist es für einen effektiven und schnellen Massentransfer der p-LED essenziell, dass die p-LEDs mit möglichst wenig Kraft nach oben angehoben und abgelöst werden können. Dazu kann vorgesehen sein, das Verhältnis zwischen Auflagefläche von jedem Element und Chip und der gesamten Chipfläche kleiner als 1/20, insbesondere klei ner als 1/40 und insbesondere im Bereich von 1/80 bis 1/50 kleiner als die Chipfläche vorzusehen. In einer alternativen Ausgestaltung, ist eine Kantenlänge der p-LED mindestens um den Faktor 10, insbesondere mindestens um den Faktor 20 größer als eine Kantenlänge des Aufnahmeelements. Die zur Verfügung ste hende Fläche des Aufnahmeelements kann größer, jedoch liegt die p-LED nur auf einem Teil dieser Fläche auf. Die Auflagefläche des Chips ist somit mindesten 20-mal, insbesondere mindestens 40-mal kleiner als die gesamte Chipfläche.
Hier ist ein geeigneter Kompromiss, beispielsweise durch die geeignete Auswahl von Materialien oder Materialkombinationen sowie die Dimensionierung und Platzierung der Kontaktflächen zu finden. Durch eine Gestaltung der Größe und Form dieser Kon taktflächen kann ebenfalls die definierte Mindestkraft beein flusst werden. Große Kontaktflächen führen folglich zu einer höheren notwendigen Mindestkraft, um die p-LED von der Trä gerstruktur zu lösen. Neben durch Reibung oder Lamination be dingten Halteprinzipien sind auch magnetische, elektrische oder ähnliche Haltekräfte denkbar.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist auch möglich, dass die Trä gerstruktur lediglich ein einziges Aufnahmeelement aufweist, mit dem eine m-LED gehalten wird. Durch das geringe Gewicht der Halbleiterstrukturen kann es denkbar sein, dass durch eine in ihrer Form geeignete und ihrer Größe ausreichend dimensionierte Kontaktfläche zwischen dem einzigen Aufnahmeelement und der m- LED ein ausreichender Halt in Kombination mit einer geeignet hohen Mindestkraft zum Ablösen der m-LED erreicht werden kann.
In einer Ausgestaltung kann ein Substrat zum Herstellen der m- LEDs auch als Trägerstruktur dienen. In einem solchen Fall kann ein Sacrificial Layer oder Opferschicht vorgesehen sein. Wäh rend des Herstellungsprozesses ist dabei die m-LED mit dem Wachstumssubstrat verbunden. Zum Freilegen der fertigen m-LED wird beispielsweise durch gas- oder plasmabasierten Ätzverfah ren dieser dazwischenliegenden Opferschicht entfernt, sodass ein Zwischenraum zwischen der m-LED und dem Wafer entsteht. Eine Dicke der Opferschicht beträgt zum Beispiel 100 nm (Nanometer) bis 500 nm. Der Gedanke ist hierbei, dass mit dem Entfernen der Opferschicht die Aufnahmeelemente eine Haltefunktion für die m- LED an der Trägerstruktur übernehmen. Die Aufnahmeelemente kön- nen in einer Ausgestaltung die Form eines Ankers aufweisen.
Ein Abziehen der m-LED erfolgt in der Regel in einer Richtung weg vom Trägersubstrat, mit einem Kraftvektor der zumindest teilweise senkrecht zu einer Trägersubstratebene zeigt, die in x-y-Richtung zu verstehen ist. Die Aufnähmeelernente verbleiben dabei am Trägersubstrat und brechen insbesondere nicht. Dadurch verbleiben keine Rückstände des Aufnahmeelements an der m-LED zurück, die bei nachfolgendem Prozessieren Probleme bereiten können .
Gemäß einem Aspekt ist zumindest ein Aufnahmeelement ausgeführt, gleichzeitig einen weiteren, benachbart angeordnete m-LED mit festzuhalten und/oder abzustützen. Die Überlegungen zu diesem Merkmal können wie folgt zusammengefasst werden: Haltestruktu- ren für m-LEDs beanspruchen häufig Platz, der idealerweise mi nimiert werden soll, um eine höhere Ausbeute auf einem Wafer zu erreichen. Bedingt durch den Herstellungsprozess sind die m- LEDs wiederum auf einem Wafer in einer regelmäßigen Struktur nebeneinander angeordnet.
Dazwischen ergeben sich prozessbedingt Zwischenräume. Die Er finder schlagen nun vor, ein Aufnahmeelement zwischen zwei be nachbart angeordnete m-LEDs zu positionieren, sodass dieses eine Aufnahmeelement mehrere angrenzenden m-LEDs stützt oder auf nimmt. Als Vorteil kann hier gesehen werden, dass rechnerisch weniger als eine ganze Haltestruktur pro Bauteil erreichbar ist. Dies kann eine Gesamtzahl der Aufnahmeelemente verringern und so eine Platzersparnis und folglich eine Kostenersparnis bewir- ken. Zudem bleibt eine Gesamtausbeute der Chips im Wesentlichen konstant, da kein zusätzlicher Platz für die Haltestruktur auf dem Wafer benötigt wird, der auf Kosten der Anzahl der m-LED geht . Beispielsweise kann ein Aufnahmeelement einander gegenüberlie gend angeordnete Kontaktflächen aufweisen, die dann jeweils mit der in dieser Richtung angrenzenden m-LED in mechanischen Kon takt stehen. Die Aufnahmeelemente können dann derart über eine Fläche des Trägersubstrates verteilt und angeordnet werden, dass eine minimale Anzahl von Aufnahmeelementen für einen sicheren Halt der m-LEDs verwendet wird. Dies kann beispielsweise für einen effektiven Einsatz eines Transferwerkzeugs vorteilhaft sein, um eine effektive und schnelle Aufnahme der m-LEDs zu ermöglichen. Gemäß einem Aspekt sind die Aufnahmeelemente der- art am Trägersubstrat angeordnet, dass eine m-LED von genau drei Aufnahmeelementen gehalten wird. Die Wahl von drei Aufnahmeele menten kann hier insofern ein vorteilhafter Kompromiss sein, als dass hier eine gute räumliche Stabilisierung in Kombination mit einer vorteilhaften Verteilung der Haltekräfte erreicht werden kann. Ein Verschieben oder Verkippen, insbesondere in lateraler Richtung auf dem Trägersubstrat kann hier effektiv verhindert werden. Dabei kann ein Aufnahmeelement an verschie denen lateralen Bereichen in X-Richtung und Y-Richtung am Mik rochip angreifen, beispielsweise mittig, außermittig oder an einer Kante oder Ecke. Es können auch mehrere Aufnahmeelemente an ein und derselben Seite einer m-LED angeordnet sein.
Gemäß einem Aspekt ist zum Herausbewegen der m-LEDs aus der Trägerstruktur eine Delaminationsschicht an der m-LED oder am Aufnahmeelement vorgesehen. Der Begriff Delamination soll hier einen Ablöseprozess beschreiben, der beim Kontakt von zwei Flä chen, oder allgemeiner, der Verbindung von zwei Schichten auf- tritt. Dies kann gleichartige Materialien, aber auch Material verbindungen oder verschiedene Materialoberflächen betreffen.
Das bewusste Schaffen einer sogenannten Delaminationsschicht soll Bruchvorgänge oder materialzerstörende oder strukturver ändernde Vorgänge verhindern und stattdessen ein zerstörungs freies Ablösen der Schichten oder Flächen voneinander bewirken. Hierbei können bestimmte Kombinationen aus Materialien verwen det werden, beispielsweise eine Kombination von Si02 und AI2O3, aber auch die Verwendung von nichtoxidierenden Metallen wie Silber, Gold oder ähnlichen Materialien in Kombination mit einem Dielektrikum wie Si02. In einem Aspekt ist somit die Oberfläche des Aufnahmeelements mit der Delaminationsschicht umgeben, so dass zwischen der m-LED und Aufnahmeelement die Delaminations schicht ausgebildet ist. Die Delaminationsschicht kann nur we nige nm dick sein, beispielsweise im Bereich von 5 nm bis 50 nm. Die Delaminationsschicht kann in einem Aspekt auch als Ätz- stoppschicht ausgebildet sein oder ebenso optional sich über weitere Teile der Trägerstruktur erstrecken.
Gemäß einem Aspekt sind die Aufnahmeelemente in einem Mesagraben eines Halbleiterwafers angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist grundsätzlich eine optimale Platzausnutzung auf einem Wafer zur Erhöhung der Ausbeute wünschenswert. Haltestrukturen für m-LEDs beanspruchen häufig zusätzlichen Platz. Im Herstellungsprozess werden durch verschiedene Verfahrensschritte dreidimensionale Strukturen geschaffen, bei denen am Ende beispielsweise eine m- LED als Erhebung oder Mesa ausgebildet ist. Zwischen diesen einzelnen m-LEDs bilden sich sogenannte Mesagräben.
Der Begriff Mesagraben soll dabei eine vergleichsweise steile flankenartige Ausprägung an den Seiten einer m-LED beschreiben, wobei der Graben, d.h. der Bereich ohne Epitaxie die dazwi schenliegende tiefe Struktur referenziert . Beispielsweise kann der Mesagraben eine Flankensteilheit im Bereich 30° bis 75°, insbesondere von 45° aufweisen. Der Gedanke ist hier nun, das Aufnahmeelement genau in diesem ohnehin verfügbaren räumlichen Bereich anzuordnen, ohne zusätzlichen Platz auf dem Wafer zu beanspruchen. Hierdurch kann eine bessere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes auf dem Wafer erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt sind die Trägerstruktur und die Aufnahmeele- mente einstückig ausgeführt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Aufnahmeelemente Teil des Trägersubstrates sind. Das Trägersubstrat kann hier beispielsweise wiederum ein Wafer sein, aber auch ein PCB-Board, Folie, Frame oder ähnliche Struktur. In den letzteren Fällen bedeutet dies, dass die Aufnahmeelemente selbst aus einem anderen Material und/oder Struktur wie das Trägersubstrat bestehen. Dies kann in einem Herstellungsprozess beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die ursprünglich vorhandenen Waferstrukturen über die verschiedenen Verfahrens schritte örtlich begrenzt gezielt erhalten werden und beispiels- weise nicht durch Ätzvorgänge entfernt werden. Diese Strukturen dienen dann als Aufnahmeelemente und Haltestruktur für die fer tigen m-LEDs .
In einem Aspekt sind die Aufnähmeelernente ausgeführt, einen m- LED seitlich und von einer Unterseite der m-LED zu halten. Um eine m-LED auf einem darunterliegenden Trägersubstrat zu hal ten, kann es einerseits sinnvoll sein, eine Teilkontaktfläche oder Auflagefläche zu schaffen, die einen mechanischen Anschlag in Z-Richtung, also in Richtung des Trägersubstrates bietet. Gleichzeitig kann eine räumliche Fixierung in lateraler Rich tung, also in X-Richtung und Y-Richtung dadurch erfolgen, dass zusätzlich ein seitlicher Halt vorgesehen ist. Auf diese Weise kann einerseits in Richtung des Trägersubstrates und in late raler Richtung eine stabile räumliche Fixierung erreicht wer- den, andererseits kann in Z-Richtung weg vom Trägersubstrat ein leichtes Abheben der m-LEDs durch einen Transferprozess bzw. ein Transferwerkzeug ermöglicht werden.
In einem Aspekt weisen die Aufnahmeelemente relativ zur Trä- gersubstratebene schräg wegführende m-LED-Halteflächen auf, so- dass sich beim Herausbewegen der m-LEDs weg von den Aufnahme elementen eine Haltekraft auf die m-LED verringert. Mit anderen Worten entfernen sich die Halteflächen von der m-LED weg, je weiter die m-LED in Richtung weg vom Trägersubstrat bewegt wird. Dies kann auch so verstanden werden, dass sich eine Haltekraft sukzessive verringert, wenn die m-LED beispielsweise durch ein Transferwerkzeug von der Trägerstruktur weggehoben wird. Dies soll vor allem vorteilhaft eine Verringerung der notwendigen Kraft zum Abziehen der m-LED bewirken, um insbesondere Laufzei- ten der Prozessschritte zu verringern und Qualität eines Trans ferprozesses zu erhöhen.
Herkömmlicherweise gibt es verschiedene Möglichkeiten eines Transfers von Chips von einem Trägerwafer auf ein entsprechendes Zielsubstrat.
Im Stand der Technik sind Transferverfahren wie Laser-Transfer- Drucken oder „self-assembly" von einzelnen Mikroleuchtdioden- Chips aus einer Lösung oder elektrostatisch-aktivierte oder diamagnetische Transferprozess bekannt. Eine Erweiterung dieser Konzepte wird mit dem hier offenbarten elektrostatischen Transfer näher erläutert. Dabei soll ein Ver fahren angegeben werden, mit welchem optoelektronische Halb leiterchips mit insbesondere kleinen Abmessungen, d.h. m-LEDs aufgenommen und abgelegt und gleichzeitig diejenigen m-LEDs, die bestimmte Defekte aufweisen, aussortiert werden können. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips geschaffen wer den .
Das vorgeschlagene Konzept basiert auf dem Aspekt, dass Elekt- ron-Loch-Paare in m-LEDs und generell in optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt werden. Die m-LEDs können jeweils eine Halbleiterschicht mit einem photosensitiven Bereich aufweisen, der auch als optisch aktiver Bereich bezeichnet wird. In dem optisch aktiven Bereich können Ladungsträger bzw. Elektron- Loch-Paare durch eine entsprechende Anregung, insbesondere durch einfallendes Licht, erzeugt werden. Ein Elektron-Loch- Paar besteht aus einem Defektelektron und einem Elektron, das durch die Absorption von Energie aus seinem Grundzustand im Kristall in einen angeregten Zustand versetzt wurde.
Durch geeignete Eigenschaften des Halbleitermaterials, wie bei spielsweise zwei Bereiche mit unterschiedlichen Konzentrationen von Dotierstoffen, wie einem p-n-Übergang, können die Elektron- Loch-Paare voneinander getrennt werden. Dadurch werden in den jeweiligen Halbleiterchips Ladungen erzeugt, die außerhalb der Halbleiterchips ein Dipolfeld erzeugen. Dieser Vorgang ist auch als photovoltaischer Effekt bekannt. Die Höhe des von einem jeweiligen Halbleiterchip erzeugten Dipolfelds hängt von Eigen schaften des Halbleiterchips ab. Halbleiterchips können De fekte, wie zum Beispiel Kurzschlüsse, Nebenschlüsse oder gerin gere Effizienz, aufweisen, die typischerweise zu einem beschleu nigten Abfließen der durch die Anregung erzeugten Ladungen und damit zu einem verringerten Dipolfeld führen. Weiterhin wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ein Aufnah mewerkzeug bereitgestellt, welches dazu dient, die m-LEDs bzw. die optoelektronischen Halbleiterchips aufzunehmen und an vor gegebenen Stellen bzw. Orten abzusetzen, beispielsweise auf ei- ner Platine, auf welche die m-LEDs montiert werden sollen. Die ser Vorgang wird in der englischsprachigen Fachliteratur auch als „pick and place" bezeichnet. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Aufnahmewerkzeug zumindest an bestimmten Stellen ein elektrisches Feld erzeugt, beispielsweise indem es an diesen Stellen elektrisch geladen wird. Die m-LEDs werden während oder nach der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare von dem Aufnahme werkzeug aufgenommen.
Das von dem Aufnahmewerkzeug generierte elektrische Feld wech- selwirkt mit den Dipolfeldern der optoelektronischen Halb leiterchips, wodurch eine anziehende oder auch abstoßende Kraft zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den optoelektronischen Halb leiterchips erzeugt wird. Die elektrostatische Wechselwirkung bzw. Kraft kann eine Wechselwirkung bzw. Kraft, die zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den optoelektronischen Halbleiterchips auch ohne die durch die Elektron-Loch-Paare bewirkten elektri schen Dipolfelder herrscht, überlagern. Beispielsweise kann zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den jeweiligen optoelektro nischen Halbleiterchips eine van der Waals-Anziehung oder eine elektrostatische Anziehung auch ohne die durch die Anregung erzeugte Dipolladung bestehen. Durch die zusätzliche elektro statische Anziehung kann eine Schwelle überwunden werden, ober halb derer die m-LEDs von einem Träger, auf dem die m-LEDs angeordnet sind, gelöst werden und von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen werden.
Die Kraft zum Abnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips vom Träger kann größer sein als die Kraft, die zum Halten der abgenommenen optoelektronischen Halbleiterchips durch das Auf- nahmewerkzeug benötigt wird. Unter Umständen kann daher die elektrostatische Kraft nur zum Abnehmen und nicht zum Halten der optoelektronischen Halbleiterchips erforderlich sein. Folg lich ist das Vorhandensein der elektrischen Dipolfelder nur zum Abnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips, aber nicht un bedingt danach zum Halten der optoelektronischen Halbleiter chips notwendig. m-LEDs mit bestimmten Defekten, zum Beispiel Kurzschlüssen, Ne benschlüssen, geringer Effizienz oder anderen Defekten, haben bei einer Anregung ein geringeres Dipolfeld als m-LEDs ohne derartige Defekte. Dementsprechend ist die elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den defekten m-LEDs so gering, dass diese von dem Aufnahmewerkzeug nicht aufgenommen werden können und auf dem Träger Zurückbleiben. Mit anderen Worten wird die elektrostatische Wechselwirkung zwi schen dem Aufnahmewerkzeug und den m-LEDs so gewählt, dass nur in funktionsfähigen m-LEDs die wirkende Kraft ausreichend stark ist. Anders ausgedrückt wird das von dem Aufnahmewerkzeug ge nerierte elektrische Feld so gewählt, dass nur in Wechselwirkung mit funktionsfähigen m-LEDs die resultierende elektrostatische Kraft ausreicht, um die m-LEDs abzuheben. Bei defekten m-LEDs die ein geringeres Dipolfeld haben, ist die Wechselwirkung nicht ausreichend groß .
Das hier vorgestellte Konzept ermöglicht es daher, dass defekte m-LEDs nicht aufgenommen und dementsprechend auch nicht montiert werden, wodurch der Reparaturaufwand, der durch die Montage defekter optoelektronischer Halbleiterchips verursacht wird, erheblich reduziert werden kann. Hierbei sei noch zu erwähnen, dass die Wechselwirkung auch von der Masse oder Größe der m- LEDs abhängt und so für eine nominelle Größe entsprechend ge wählt werden muss, so dass eine funktionsfähige m-LED gerade anhaftet . Durch eine geeignete Ausgestaltung kann alternativ bewirkt wer den, dass m-LED oder optoelektronische Halbleiterchips mit be stimmten Defekten, die das Dipolfeld verringern, von dem Auf nahmewerkzeug aufgenommen werden und „gute" m-LEDs mit höheren Dipolfeldern von dem Aufnahmewerkzeug abgestoßen werden und auf dem Träger Zurückbleiben. Auch diese Ausgestaltung bewirkt eine Trennung von guten und defekten m-LEDs und optoelektronischen Halbleiterchips . Das Aufnahmewerkzeug kann aus einem geeigneten Material gefer tigt sein, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Beispielsweise kann das Aufnahmewerkzeug Polydimethylsiloxan (kurz: PDMS) auf- weisen, in welches Metallkontakte eingebettet sind. Die Metall kontakte können an eine elektrische Spannungsquelle angeschlos- sen sein, um das PDMS-Material zur Erzeugung des elektrischen Felds entsprechend zu laden. Weiterhin kann das Aufnahmewerk zeug aus einem geeigneten elektrisch geladenen Material gefer tigt sein, welches von sich aus ein elektrisches Feld erzeugt. Eine weitere Option zur Erzeugung des elektrischen Felds besteht darin, das elektrische Feld zum Beispiel durch Kontakte inner halb oder an der Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs und eine elektrische Spannung zu generieren. Das elektrische Feld kann sich auch zwischen dem Aufnahmewerkzeug und einem elektrischen Kontakt erstrecken, wobei sich die m-LEDs zwischen dem Aufnah mewerkzeug und dem elektrischen Kontakt befinden. Der elektri sche Kontakt kann beispielsweise der Träger sein, auf dem die m-LEDs oder optoelektronischen Halbleiterchips abgelegt sind, oder in diesen integriert sein.
Die m-LEDs können auf einem Halbleiterwafer hergestellt und anschließend, beispielsweise durch Sägen, vereinzelt werden. Nach dem Vereinzeln können die m-LEDs mit Hilfe des hier be schriebenen Verfahrens auf eine Platine oder einen anderen Trä- ger montiert werden. Ebenso ist es möglich mit diesem Verfahren nicht nur einzelne m-LEDs, sondern auch m-LED Module oder klei nere Arrays von zusammenhängenden m-LEDs zu transferieren. In diesem Zusammenhang sei auf die in dieser Anmeldung beschrie benen m-LED Module oder Strukturen verweisen, die mit Hilfe des vorgeschlagenen Transferverfahrens einfach transferiert werden können .
Für m-LEDs können aufgrund ihrer geringen Abmessungen und ge gebenenfalls großen Anzahl keine herkömmlichen Verfahren wirt- schaftlich eingesetzt werden, bei denen die LEDs zunächst ge testet und dann auf eine Platine montiert werden. Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren ermöglicht es im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren, defekte m-LEDs vor der Montage auszusortieren.
Die Anregung der m-LEDs zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare kann durch die Bestrahlung der m-LEDs mit Licht, insbesondere UV-Licht, erfolgen. Das Lichtspektrum muss eine Wellenlänge o- der einen Wellenlängenbereich aufweisen, der eine Anregung, insbesondere eine Photolumineszenzanregung, ermöglicht. Insbe sondere muss die Anregungsstrahlung eine höhere Energie als die von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierte Strahlung aufweisen, damit Elektron lochpaare direkt erzeugt werden kön nen. Folglich muss die Wellenlänge der Anregungsstrahlung kür- zer sein als die Wellenlänge der von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierten Strahlung. Beispielsweise emittie ren blaue m-LEDs Licht bei ca. 460 nm. Die Anregungsstrahlung sollte in diesem Fall eine Wellenlänge von 440 nm oder kürzer aufweisen, beispielsweise eine Wellenlänge von ca. 420 nm.
Das zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare verwendete Licht kann durch das Aufnahmewerkzeug auf die m-LEDs fallen. Um dies zu ermöglichen, kann das Aufnahmewerkzeug zumindest teilweise aus einem Material bestehen, das für das Licht zumindest teilweise transparent bzw. durchlässig ist. Weiterhin können Öffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug integriert sein, durch die das Licht zu den m-LEDs gelangt.
Die m-LEDs oder Halbleiterchips können vor dem Aufnehmen durch das Aufnahmewerkzeug auf einem Träger bzw. einem Substrat an geordnet sein. Das zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare ver wendete Licht kann durch den Träger bzw. das Substrat auf die m-LEDs fallen. Zu diesem Zweck kann der Träger bzw. das Substrat zumindest teilweise aus einem Material gefertigt sein, das für das Licht zumindest teilweise transparent bzw. durchlässig ist, oder aber es können Öffnungen oder Lichtleiter in den Träger bzw. das Substrat integriert sein.
Alternativ kann das Licht seitlich oder schräg auf die m-LEDs bzw. allen optoelektronischen Halbleiterchips gestrahlt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass nicht in allen m-LEDs oder opto elektronischen Halbleiterchips, sondern nur selektiv in einigen der Bauelemente Elektron-Loch-Paare erzeugt werden. Beispiels- weise kann eine Mehrzahl von auf einem Wafer gefertigten m-LEDs bereitgestellt werden und die Elektron-Loch-Paare werden nur in ausgewählten m-LEDs der Mehrzahl von optoelektronischen Halb leiterchips erzeugt. Dann werden bis auf die defekten m-LEDs dieser Auswahl auch nur diese m-LEDs von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen. Das selektive Anregen der m-LEDs kann beispiels weise dadurch erfolgen, dass das Licht zur Erzeugung der Elekt- ron-Loch-Paare durch eine Maske geführt wird.
Eine weitere Möglichkeit, um nur eine Auswahl der m-LEDs auf- zunehmen, besteht darin, dass das Aufnahmewerkzeug nur in vor gegebenen Bereichen ein elektrisches Feld erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, indem die in das Auf nahmewerkzeug eingebetteten Metallkontakte zumindest teilweise individuell ansteuerbar sind. Mittels diese Auswahl ist es mög- lieh, geeignete Abstande von aufzunehmenden m-LEDs zu bilden (z.B. nur jede dritte, vierte, zehnte usw. ) . Die Abstände können so gewählt sein, dass die aufgenommenen m-LEDs direkt auf die Zielmatrix gesetzt werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Aufnahmewerkzeug eine Mehr zahl von Erhebungen bzw. Stempeln an einer Oberfläche auf, die den m-LEDs zugewandt ist. Beim Absenken des Aufnahmewerkzeugs kommen nur die Erhebungen mit den optoelektronischen Halbleiter chips in Kontakt, so dass nur die Erhebungen m-LEDs aufnehmen. Die zwischen den Erhebungen sowie die außerhalb der Erhebungen liegenden Bereiche nehmen keine optoelektronischen Halbleiter chips auf. Auch hier können die Erhebungen in vordefinierten Abständen angeordnet sein, die den zu besetzenden Plätzen einer Zielmatrix entsprechen. In dieser Anmeldung ist ein weiteres Konzept offenbart, welches diesen Aspekt weiterführt.
Alternativ kann das Aufnahmewerkzeug zumindest in einem Bereich eine durchgehend ebene Oberfläche aufweisen, die für das Auf nehmen der m-LEDs bestimmt ist. Dies ermöglicht eine höhere Flexibilität, da m-LEDs oder optoelektronische Halbleiterchips, die in unterschiedlichen Mustern und/oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind, aufgenommen werden können.
Weiterhin kann das Aufnahmewerkzeug die Form eines Zylinders haben, der zur Aufnahme der m-LEDs über die m-LEDs gerollt wird. Beispielsweise kann das Aufnahmewerkzeug wie die Trommel eines Laserdruckers ausgestaltet sein. Zum Aufnehmen der m-LEDs kann das zylinderförmige Aufnahmewerkzeug über die m-LEDs bewegt werden. Alternativ kann die Drehachse des zylinderförmigen Auf nahmewerkzeugs ortsfest sein und der Träger mit den optoelekt ronischen Halbleiterchips kann unter dem Aufnahmewerkzeug durchgeschoben werden. Zum Ablegen der m-LEDs kann die elektrische Ladung des Aufnah mewerkzeugs über die Metallkontakte geändert werden. Beispiels weise können die Metallkontakte umgepolt werden. Dies führt zu einer abstoßenden elektrischen Wechselwirkung zwischen dem Auf- nahmewerkzeug und den durch die Elektron-Loch-Paare polarisier ten m-LEDs . Dadurch fallen die m-LEDs auf oder werden auf die Zielmatrix gestoßen.
Weiterhin kann die Ladung auch nur an bestimmten Stellen oder in bestimmten Bereichen des Aufnahmewerkzeugs geändert werden, so dass selektiv bestimmte m-LEDs abgelegt werden.
Eine weitere Möglichkeit, um die m-LEDs abzulegen, besteht da rin, dass der Träger bzw. das Substrat, auf den die m-LEDs aufgebracht werden, eine Haftkraft erzeugt, welche größer als die anziehende Kraft zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den m- LEDs ist. Beispielsweise kann die Oberfläche des Trägers bzw. des Substrats mit einem Klebstoff, einem Lack, einem Lotmaterial oder anderen geeigneten Materialien beschichtet sein. Weiterhin können die m-LEDs mittels mechanischer Kräfte von dem Aufnah mewerkzeug gelöst werden, beispielsweise durch Abscheren oder Beschleunigungskräfte .
Gemäß einer Ausgestaltung berührt das Aufnahmewerkzeug die m- LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips zu deren Aufnahme direkt. Während des Transfers der optoelektronischen Halb leiterchips hält das Aufnahmewerkzeug diese mittels Van-der- Waals-Kräften. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung, welche zum Auf nehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips be stimmt ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Bestückungs automat sein oder in einen Bestückungsautomaten integriert sein. Die Vorrichtung umfasst ein Anregungselement zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in m-LEDs oder optoelektronischen Halb leiterchips und ein Aufnahmewerkzeug zum Aufnehmen und Ablegen der m-LEDs bzw. der optoelektronischen Halbleiterchips. Durch die Elektron-Loch-Paare werden in der Umgebung der m-LEDs bzw. der optoelektronischen Halbleiterchips elektrische Dipolfelder generiert. Das Aufnahmewerkzeug ist derart ausgebildet, dass es ein elektrisches Feld erzeugt, welches mit den elektrischen Dipolfeldern der m-LEDs oder optoelektronischen Halbleiterchips wechselwirkt, um diese aufnehmen zu können. Die aufgenommenen m-LEDs bzw. der optoelektronischen Halbleiterchips werden zu vorgegebenen Stellen transferiert und dort abgelegt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Anregungselement derart aus- gebildet, dass es Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge oder einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zur Erzeugung der Elekt- ron-Loch-Paare in den m-LEDs oder optoelektronischen Halb leiterchips erzeugt. Das Anregungselement kann beispielsweise eine Lichtquelle und/oder einen Lichtleiter umfassen.
Das Anregungselement kann derart angeordnet sein, dass das Licht zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerk zeug oder durch einen Träger, auf dem die m-LEDs angeordnet sind, auf die m-LEDs fällt. Das Aufnahmewerkzeug kann an einer den m-LEDs bzw. den optoelektronischen Halbleiterchips zuge wandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen aufweisen. Die m-LEDs bzw. die optoelektronischen Halbleiterchips können von den Erhebungen des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden. Alternativ kann zumindest ein Bereich einer den m-LEDs oder optoelektronischen Halbleiterchips zugewandten Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs durchgehend eben sein und dazu ausgebildet sein, die m-LEDs oder die optoelektronischen Halbleiterchips aufzunehmen . Weiterhin kann die Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von m- LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips die oben beschrie benen Ausgestaltungen des Verfahrens zum Aufnehmen und Ablegen von m-LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips aufweisen.
Ein weiterer Aspekt für die Realisierung von m-Displays betrifft eine Lösung, bei denen für den Transport und die Positionierung von m-LEDs auf einem Backplanesubstrat ein zweifacher Transfer prozess verwendet wird, wobei ein Zwischenträger in der Ziel- große des Arrays, insbesondere des Displays, ausgebildet wird und eine identische m-LED-Dichte wie der Wafer aufweist, auf dem die m-LED gefertigt sind. Beim Transfer auf das Zielsubstrat wird ein Ausdünnen der Mikrochips ausgeführt, wobei im besten Fall die Mikrochips einer Farbe durch einen entsprechend großen Transferstempel in einem einzigen Transferschritt je Farbe Rot, Grün, Bau vom Zwischenträger auf das Zielsubstrat transferiert wird. Eine mittlere Anzahl an Transferschritten pro Array lässt sich mittels eines derartigen zweistufigen Transferprozesses wirksam reduzieren, und zwar um mehr als eine Größenordnung. Es ergibt sich so eine Kosteneinsparung bei der Herstellung groß flächiger m-Displays durch Reduzierung der Anzahl an Stempel schritten durch die Verwendung eines Zwischenträgers
Nach einigen Aspekten wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anzahl (n oder weniger) von Arrays A optoelektronischer Pixel, die insbesondere m-Displays sind. Das Verfahren kann zudem für die jede der Farben Rot, Grün und Blau ausgeführt werden. In einem ersten Schritt werden auf einem Wafer bzw. Trägersubstrat eine Vielzahl von m-LEDs mit einer ersten Dichte erzeugt. Dann wird mittels eines ersten Transferstempels ein erster Transfer vorgenommen, der die m-LEDs auf einen Zwischenträger mit der ersten Dichte überträgt. Sodann wird ein zweiter Transferschritt mittels eines zweiten Transferstempels ausgeführt. Bei diese werden die m-LEDs mit einer zur ersten Dichte um einen Faktor n (n insbesondere ganzzahlig) kleineren zweiten Dichte von dem Zwischenträger auf ein Zielsubstrat übertragen. Dabei stellt das Zielsubstrat für ein jeweiliges der Arrays eine gemeinsame Arrayfläche, insbesondere für alle drei Farben, bereit, wobei die Größe des Zwischenträgers zu der des zweiten Transferstem- pels gleich oder größer ist und die Größe des zweiten Transfer stempels zu der Arrayfläche gleich oder um einen Faktor k (k insbesondere ganzzahlig kleiner ist.
In einem weiteren Aspekt kann ein Zwischenträger bereitgestellt werden, auf dem vom Trägersubstrat abgenommenen Modulbereiche vom ersten Transferstempel abgesetzt werden können. Der Zwi schenträger kann mehrere Modulbereiche aufweisen. Es wird so ein Zwischenträger bereitgestellt, auf den Modulbereiche tem porär komplett transferiert werden können, jedoch in einem zwei- ten Transferschritt ebenso wieder abgenommen werden können, um so auf ein finales Zielsubstrat zu transferieren.
Die m-LEDs auf einem Trägersubstrat können in der Form herge stellt werden, dass diese mittels Ankerelementen einzeln bezie- hungsweise parallel vom Trägersubstrat abgenommen werden kön nen. Die Haftkraft am Zwischenträger muss dabei stärker sein als die Haftkraft der m-LEDs an dem ersten Transferstempel. Bei einer zweiten Abnahme der m-LEDs vom Zwischenträger muss die Haftkraft der m-LEDs am zweiten Transferstempel entsprechend größer sein als die Haftkraft am Zwischenträger. Ebenso muss durch eine geeignete Wahl der Haftverbindung, beispielsweise mittels Kleber, Intervias oder Löten auf dem Zielsubstrat der Transfer vom zweiten Transferstempel auf die finale Substrat oberfläche möglich sein. Die Abstimmung von Haft- und Freigabe- kräften durch eine geeignete Materialauswahl und eine geeignete Prozessführung für die beiden Stempelprozesse führt zur Bereit stellung einer Startstruktur. Hierzu wird eine Startstruktur vorgeschlagen, die eine zweistu fige Verwendung von Ankerelementen nutzt. Zum einen werden An kerelemente für ganze Modulbereiche verwendet, auf denen viele Tausende beziehungsweise viele Millionen von m-LEDs angeordnet sind. Zum anderen werden Ankerelemente für den Transfer der m- LEDs vom Zwischenträger auf das Zielsubstrat verwendet.
Nach einem weiteren Aspekt können beim Erzeugen der m-LEDs, diese mit jeweiligen Modulbereichen gemeinsam erzeugt werden, die jeweils mit dem Trägersubstrat verbunden erzeugt werden können. Gemäß einer weiteren Ausführung können beim Erzeugen der m-LEDs zwischen den Modulbereichen und dem Wafer erste An kerelemente zum Verbinden mit einer ersten Haftkraft und/oder zwischen den m-LEDs und den Modulbereichen zweite Ankerelemente zum Verbinden mit einer zweiten Haftkraft ausgebildet werden.
Ein weiter Gesichtspunkt betrifft die Abhebekraft. Eine Abhe bekraft ist eine Kraft, die mindestens angewendet werden muss, um ein Abheben auszuführen. So kann beim Ausführen der ersten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden ersten Trans ferstempels größer als die erste Haftkraft und kleiner als die zweite Haftkraft derart eingestellt werden, dass die Modulbe reiche von dem Wafer abgehoben und zum Zwischenträger übertragen werden können. Entsprechend ist es in einem weiteren Aspekt denkbar, dass beim Ausführen der zweiten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden zweiten Transferstempels größer als die zweite Haftkraft derart eingestellt ist, dass die Mikrochips von den Modulbereichen abgehoben und zum Zielsubstrat übertra gen werden können.
In einem anderen Aspekt ist zwischen Wafer und Modulbereichen und/oder zwischen m-LEDs und Modulbereichen Freigabeelemente derart ausgebildet, dass nach deren Entfernen jeweils eine erste und/oder eine zweite definierte Haftkraft eingestellt ist. Ebenso ist es denkbar, dass beim Erzeugen der m-LEDs zwischen den Modulbereichen und dem Wafer zusätzlich erste Freigabeele mente zum Verbinden mit einer zusätzlichen ersten Haftkraft und/oder zwischen den Mikrochips und den Modulbereichen zusätz lich optionale zweite Freigabeelemente zum Verbinden mit einer zusätzlichen zweiten Haftkraft ausgebildet werden, durch ein vorheriges Entfernen der ersten Freigabeelemente kann die zu sätzliche erste Haftkraft bis auf null verkleinert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann beim Ausführen der ersten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden ersten Trans ferstempels größer als die gesamte erste Haftkraft und kleiner als die gesamte zweite Haftkraft derart eingestellt werden, dass die Modulbereiche von dem Wafer abgehoben und zum Zwischenträger übertragen werden können. Alternativ oder zusätzlich dazu kann beim Ausführen der zweiten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden zweiten Transferstempels größer als die gesamte zweite Haftkraft derart eingestellt werden, dass die Mikrochips von den Modulbereichen abgehoben und zum Zielsubstrat übertra gen werden können.
In einem weiterführenden Aspekt hierzu kann mittels vorherigen Entfernens der zweiten Freigabeelemente die zusätzliche zweite Haftkraft bis auf null verkleinert werden. Auf diese Weise muss die Abhebekraft des abhebenden zweiten Transferstempels gegen- über der Abhebekraft des abhebenden ersten Transferstempels nicht größer sein.
Gemäß einer weiteren Ausführung können zum Ausführen der zweiten Übertragungsschritte für die Haftung der Modulbereiche auf dem Zwischenträger, Materialien mit einer zu der zweiten definier ten Haftkraft größeren Haftkraft verwendet werden. Die zweite Haftkraft wird für den zweiten Übertragungsschritt mittels se paraten Ankerelementen und gegebenenfalls Freigabeelemente ent sprechend eingestellt. Es ist denkbar, zum Ausführen der ersten Übertragungsschritte Anhebeelemente unmittelbar an den Modul bereichen zum Anheben und Übertragen der Modulbereiche auf den Zwischenträger auszubilden. Ein weiterer Gesichtspunkt beschäftigt sich mit der Korrekten Positionierung der Modulbereiche auf dem Zwischenträger oder auch dem Zielsubstrat. In einem Aspekt hierzu sind zum Ausführen der ersten Übertragungsschritte Positionierungselemente unmit telbar an den Modulbereichen zum positionsgenauen Übertragen der Modulbereiche auf den Zwischenträger ausgebildet. Diese Po sitionierungselemente dienen der Orientierung für den ersten Transferstempel. Die Positionierungselemente können mittels der Anhebeelemente bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführung können zum Ausführen der zweiten Übertragungsschritte Abgreifelemente an dem zweiten Transfer stempel zum Ausdünnen der m-LEDs in die zweite Dichte ausgebil det werden. Diese Abgreifelemente weisen eine Dichte auf, die der zweiten Dichte eines Displays entsprechen.
Nach einem anderen Aspekt kann die Größe des rechteckigen ersten Transferstempels zu der Größe des runden Trägersubstrats derart um den Faktor s kleiner gewählt werden, dass die Größe einer Fläche verlorener m-LEDs am Rand des Trägersubstrats für das erste Übertragen zum vollständigen Bestücken der Aufnahmefläche klein, insbesondere je Farbe kleiner gleich 20% oder kleiner gleich 30% der Trägersubstratfläche ist. Alternativ hierzu kann die Größe des rechteckigen ersten Transferstempels zu der Größe des Zwischenträgers derart um den Faktor r kleiner gewählt wer- den, dass die Anzahl der ersten Transferschritte r für das erste Übertragen zum vollständigen Bestücken des Zwischenträgers klein, insbesondere je Farbe kleiner gleich 10 oder kleiner gleich 50 ist. Gemäß einer weiteren Ausführung kann die Form des Zwischenträ gers, der Form des zweiten Transferstempels und diese insbeson dere der Form der Arrayfläche entsprechen. Die Form des Arrays optoelektronischer Pixel kann rechteckig, trapezförmig, drei- eckig oder polygonal sein, abgerundete Ecken haben, oder eine andere Freiform sein. Gemäß einer weiteren Ausführung kann der Zwischenträger mit getesteten Modulbereichen von einem Trä gersubstrat oder von verschiedenen Trägersubstraten bestückt werden. Gemäß einer weiteren Ausführung können die Abstände zwischen den m-LEDs auf dem jeweiligen Wafer, dem Abstand zwi schen den m-LEDs auf dem Zwischenträger entsprechen.
Gemäß einer weiteren Ausführung können die Abstände zwischen m- LEDs auf einem jeweiligen Zwischenträger und auf einem jewei- ligen Zielsubstrat in einer x-Richtung zu denen einer y-Richtung verschieden sein. Gemäß einer weiteren Ausführung kann das Zielsubstrat Modulbereichen von mehreren Zwischenträgern be stückt werden. Gemäß einer weiteren Ausführung kann die Farbe der Mikrochips eines jeweiligen Zwischenträgers einfarbig rot, grün oder blau sein und aus drei Zwischenträgern, die zueinander verschieden farbige Mikrochips aufweisen, zusammen die Anzahl von n Farb- Arrays ausgebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung können zwischen Wafer und Mo dulbereichen zuerst erste Freigabeelemente und danach zwischen Mikrochips und Modulbereichen zweite Freigabeelemente selektiv entfernt werden.
Neben der der Struktur einer m-LED und verschiedenen Verfahren zu deren Herstellung sind ebenso Aspekte zur Lichtauskopplung wesentlich für die Realisierung der hierin beschriebenen Mög lichkeiten . In einem Aspekt kann eine rückseitige Auskopplung vorgesehen sein. Dazu ist ein Halbleiterschichtenstapel mit einer ersten dotierten und einer zweiten dotierten Schicht vorgesehen, der auf einem Substrat angeordnet ist. Der von dem Schichtenstapel abgewandte Bereich des Substrats ist für die Lichtauskopplung ausgestaltet. Der Schichtenstapel umfasst einen aktiven Bereich der zwischen der ersten dotierten und der zweiten dotierten Schicht angeordnet ist. Der Schichtenstapel ist auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche mit einer reflektierenden Kon- taktierung versehen. Die reflektierende Kontaktierung erstreckt sich isoliert von den dotierten Schichten über eine Seitenfläche entlang bis zu der Substratoberfläche. Die Form dieser reflek tierenden Kontaktierung ist kugel- oder paraboloid oder ellip- soidförmig, um das in der aktiven Schicht erzeugte Licht in Richtung des Substrats zu lenken. Das Substrat ist entweder sehr dünn oder transparent ausgestaltet. Weitere Maßnahmen zur Licht formung und/oder Auskopplung können auf der von dem Schichten stapel abgewandte Bereich des Substrats vorgesehen sein. In den bisherigen Aspekten zur Verbesserung der Lichtauskopp lung lag unter anderem die Direktionalität des abgestrahlten Lichts im Fokus. Für viele Anwendungen wird jedoch eine lam- bertschen Abstrahlcharakteristik verlangt. Dies bedeutet, dass eine lichtemittierende Fläche idealerweise über ihre Fläche eine gleichmäßige Strahlungsdichte aufweist und sich daraus eine vertikal kreisförmige Verteilung der Strahlstärke ergibt. Für einen Betrachter erscheint diese Fläche aus verschiedenen Be trachtungswinkeln dann gleich hell. Hinzu kommt, dass sich eine derartige gleichförmige Verteilung durch nachgeordnete Licht- formungselemente leichter wieder formen lässt.
Es wird daher ein optisches Pixelelement zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays vorgeschlagen, dass ein flächiges Trägersubstrat und wenigstens eine m-LED mit rückseitiger Aus- kopplung aufweist. Die m-LED bildet hierbei einen optischen Emitterchip. Unter einem flächigen Trägersubstrat ist bei spielsweise ein Silizium-Wafer, Halbleitermaterialien wie LTPS oder IGZO, Isolationsmaterial oder ähnliche geeignete flächige Trägerstruktur zu verstehen, die an ihrer Oberfläche eine Viel- zahl von nebeneinander angeordneten m-LEDs aufnehmen kann.
Funktion eines solchen Trägersubstrats ist unter anderem die Aufnahme von Funktionselementen wie ICs, Elektronik, Stromquel len für die m-LEDs, elektrischen Kontakten, Leitungen und An- Schlüssen, aber auch insbesondere die Aufnahme der lichtemit tierenden m-LEDs . Das Trägersubstrat kann dabei starr oder fle xibel ausgeführt sein. Typische Dimensionen eines Trägersub strats können beispielsweise bei 0,5 - 1,1 mm Dicke liegen.
Daneben sind auch beispielsweise Polyimid-Substrate mit Dicken im Bereich von 15 pm bekannt.
Die wenigstens eine m-LED ist an einer Bestückungsseite des Trägersubstrats angeordnet. Mit anderen Worten weist das Trä gersubstrat zwei sich gegenüberliegende Hauptflächen auf, die hier als Bestückungsseite und als Displayseite bezeichnet sind. Mit Bestückungsseite soll die häufig auch als Oberseite be- zeichnete Fläche des Trägersubstrats gemeint sein, welche die wenigstens eine m-LED aufnimmt und die gegebenenfalls weitere optische oder elektrische sowie mechanische Komponenten oder Schichten aufweist.
Die Displayseite soll die Seite des Trägersubstrats beschrei ben, die einem Betrachter zugewandt ist und auf dem die Bild punkte zur Anzeige wahrgenommen werden sollen. Zusätzlich wird eine Trägersubstratebene beschrieben, die sich parallel zu den beiden Hauptflächen des Trägersubstrates in derselben Ebene er streckt. Die wenigstens eine m-LED ist ausgeführt, Licht quer zur Trägersubstratebene in eine Richtung weg vom Trägersubstrat auszusenden. Diese Eigenschaft soll indes nicht ausschließen, dass Lichtanteile auch direkt oder indirekt in Richtung der Bestückungsseite des Trägersubstrats ausgesendet werden.
Am Pixelelement ist ein flächiges Reflektorelement vorgesehen. Diesem liegt der Gedanke zugrunde, dass durch eine Reflexion eine gleichmäßigere räumliche Verteilung des Lichts über die Fläche des Pixelelementes ermöglicht werden kann. Hierzu ist das Reflektorelement räumlich derart an der Bestückungsseite relativ zu der wenigstens einen m-LED angeordnet und hinsicht- lieh seiner Form und Beschaffenheit ausgeführt, dass von der wenigstens einen m-LED ausgesendetes Licht in Richtung des Trä gersubstrats reflektiert wird.
Mit anderen Worten wird das Reflektorelement in einen Bereich um die wenigstens eine m-LED platziert, durch den das emittierte Licht der m-LED passiert. Dieses Reflektorelement kann, gemäß einem Beispiel, ein separates vorgefertigtes Mikroelement sein, dass separat aufgebracht ist. Typische Dimensionen eines sol chen Reflektorelementes können je nach Ausführungsvariante im Bereich von 10 pm bis 300 pm Durchmesser, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm liegen. Gemäß einem Aspekt ist das Reflekto relement als reflektierende Beschichtung oder Schicht der we nigstens einen m-LED ausgeführt. Dabei kann gemäß einem Beispiel die wenigstens einen m-LED eine transparente oder teiltranspa- rente Beschichtung wie beispielsweise IGZO an seiner Oberfläche aufweisen, auf die dann wiederum eine reflektierende Schicht aufgebracht wird.
Die reflektierende Schicht kann beispielsweise metallisch aus- geführt sein oder ein Metall in einem Stoffgemisch aufweisen. Hierbei ist anzustreben, dass ein möglichst großer Anteil des von der wenigstens einen m-LED ausgesendeten Lichts reflektiert wird, um eine hohe Ausbeute zu erzielen. Das Trägersubstrat ist zumindest teilweise transparent ausgeführt, sodass vom Reflek- torelement reflektiertes Licht auf die Oberfläche der Bestü ckungsseite des Trägersubstrats trifft und sich durch das Trä gersubstrat ausbreitet. Dieses Licht tritt zumindest teilweise an der gegenüberliegenden Displayseite des Trägersubstrats aus und kann somit als Bildpunkt vom Betrachter wahrgenommen werden. Mit anderen Worten wird das emittierte Licht rückseitig oder rückwärtig an der gegenüberliegenden Displayseite des Trä gersubstrats ausgekoppelt. Durch die Reflexionseffekte, Bre chungseffekte und gegebenenfalls Dämpfungseffekte kann so eine vorteilhafte gleichmäßigere Ausleuchtung und homogenere Vertei lung der Leuchtstärke erreicht werden. Gemäß einem Beispiel ist das Reflektorelement derart angeordnet und ausgestaltet, dass eine lambertschen Abstrahlcharakteristik erreicht wird.
In einem Aspekt weist das Reflektorelement an seiner zu der wenigstens einen m-LED gerichteten Seite eine Diffusorschicht auf. Dies soll insbesondere zur Streuung des von der wenigstens einen m-LED reflektierten Lichts dienen. Alternativ oder zu sätzlich weist ein Reflektormaterial Diffusorpartikel auf. Mit Diffusion soll hier gemeint sein, dass eine weitere Streuung oder Verteilung des Lichts in einem umgebenden räumlichen Be reich erreicht werden soll. Hierdurch kann zusätzlich eine Streuung oder Verteilung des Lichts vorteilhaft beeinflusst werden und dadurch eine gleichmäßigere oder homogenere Vertei lung der Lichtstärke insbesondere an der Displayseite des Trä gersubstrats erreicht werden.
Eine Diffusorschicht kann als zusätzliche Schicht am Reflekto relement verstanden werden, die entweder durchgängig gleichmä ßig, aber auch unterbrochen oder nur teilweise aufgebracht sein kann. In einem Aspekt weisen die Diffusorschicht und/oder die Diffusorpartikel A1203 und/oder Ti02 auf. Diese Materialien können aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften eine Diffu sion des emittierten Lichts unterstützen. Während eine Dif- fusorschicht lediglich an der Oberfläche des Reflektors aufge bracht sein kann, können Diffusorpartikel beispielsweise Teil eines Stoffgemisches des gesamten Reflektors sein und somit einfacher herzustellen sein.
Gemäß einem Aspekt umgibt das Reflektorelement die wenigstens eine m-LED rund, polygonartig oder parabolisch. Die zugrunde liegende Überlegung kann darin gesehen werden, dass die wenigs tens eine m-LED in vielen Fällen eine räumlich breite Ab- Strahlcharakteristik aufweist. Das bedeutet, dass in einem wei ten Winkelbereich ausgehend von einer kleinen Fläche Licht aus gesendet wird. Hierbei ist es wünschenswert, dass ein möglichst großer Anteil dieses emittierten Lichts vom Reflektorelement erfasst wird und in Richtung der Displayseite des Trägersub- strats umgelenkt oder reflektiert wird. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine m-LED eine erste und eine zur Redundanz vorgesehene zweite m-LED umfasst. Diese kann bei einem fertigungsbedingten Ausfall der ersten m-LED deren Funktion übernehmen. Ansteuer- und Fer- tigungstechniken sind in dieser Anmeldung offenbart. Durch das Reflektorelement, welches beide m-LEDs umgibt wird so eine gleichmäßige Abstrahlung unabhängig davon welche der beiden m- LEDs im Betrieb aktiviert ist. In einem anderen Aspekt umgibt das Reflektorelement mindestens drei einzelne m-LED, die im Betrieb unterschiedliche Farbe abgeben. Damit kann für jedes Pixel eines m-Displays ein Reflektorelement vorgesehen sein.
Je nach Abstrahlcharakteristik der wenigstens einen m-LED sind, gemäß einem Beispiel, bogenförmige, runde, kuppelartige, kap- penartige oder ähnliche Formen des Reflektorelementes denkbar. Dabei kann, ebenfalls gemäß einem Beispiel, das Reflektorele ment einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein oder mit Ausspa rungen oder Unterbrechungen versehen sein. Gemäß einem weiteren Beispiel weist das Reflektorelement je nach Wellenlänge des Lichts unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf. Dies kann beispielsweise durch Mikrostrukturen am Reflektorelement oder seine strukturelle Beschaffenheit erreicht werden.
Gemäß einem Beispiel ist das Reflektorelement als ebene Fläche ausgebildet, die senkrecht zur Trägersubstratebene über der we nigstens einen m-LED angeordnet ist. Gemäß einem Aspekt bildet das Reflektorelement einen elektrischen Kontakt der wenigstens einen m-LED. Die Überlegung ist hier, dass aufgrund der bei spielsweise metallischen Ausführung des Reflektorelementes eine gleichzeitige Verwendung als Anschlusskontakt für die m-LED in Betracht gezogen werden kann. Hierzu ist gemäß einem Beispiel eine elektrische Kontaktierung mit einem der Anschlüsse m-LED vorzusehen . Gemäß einem Aspekt ist das Reflektorelement derart ausgestaltet und geformt, dass mindestens 90 % des von wenigstens einen m- LED ausgesendeten Lichts mit einem Winkel von 45° -90° relativ zur Trägersubstratebene auf die Bestückungsseite des Trägersub strates auftrifft. Gemäß einem Beispiel beträgt dieser Anteil mindestens 95 %, gemäß einem weiteren Beispiel mindestens 80 %. Der zugrundeliegende Gedanke ist das Bedürfnis nach einer mög lichst hohen Ausbeute. Dies bedeutet, dass ein möglichst großer Anteil des von wenigstens einen m-LED ausgesendeten Lichts an der Displayseite des Trägersubstrats austreten soll.
Ein Effekt, der bei flächigen transparenten oder teiltranspa renten Substraten auftreten kann, ist die Totalreflexion. Dies bedeutet, dass Licht, was in einem spitzen Winkel auf die Ober fläche der Bestückungsseite auftrifft, beim Eintritt in das dichtere Medium des Trägersubstrats gebrochen wird. In der Folge wird das Licht innerhalb des Trägersubstrats zwischen der Be stückungsseite und der Displayseite mehrfach reflektiert und tritt aufgrund der zu spitzen Winkel zu den Grenzflächen nicht mehr aus dem Trägersubstrat aus. Die Anteile sind in der Regel als Verluste zu betrachten. Um diese Verluste zu vermeiden, kann es wünschenswert sein, dass das Licht mit möglichst großem Win kel, idealerweise senkrecht, auf die Oberfläche der Bestückungs seite des Trägersubstrats auftrifft. Entsprechend wird das Re flektorelement ausgestaltet um diese Winkelverhältnisse zu schaffen und um insbesondere Crosstalk zwischen den Pixelele menten zu verringern. In einem Aspekt weist das Trägersubstrat Polyimid oder Glas auf. Polyimid ist ein Material, was insbe sondere für flexible Displays verwendet werden kann. Glas kann als mechanisch sehr stabiles Basismaterial für starre Displays dienen.
Gemäß einem Aspekt ist zusätzlich eine Passivierungsschicht zum Abschwächen oder Eliminieren der Reflexionen an Mesakanten der wenigstens einen m-LED vorgesehen. Unter einer Mesakante ist eine in der Regel steil abfallende Wandung oder Kontur als Begrenzung der wenigstens einen m-LED zu verstehen. Diese ist mit ihrer Fläche quer zur Trägersubstratebene angeordnet. Es ist wünschenswert, dass in die Richtung zum jeweils benachbarten Pixelelement zur Vermeidung von Crosstalk kein Licht Übertritt. Daher sollen Lichtanteile, die in diese Richtung austreten, sinnvoll sein, durch eine entsprechende Dämpfungsschicht oder Passivierungsschicht eliminiert oder zumindest abgeschwächt werden. Vorteil kann hier ein besserer Kontrast und Verringerung von optischem Übersprechen sein.
Gemäß einem Aspekt ist an der Bestückungsseite und/oder der Displayseite des Trägersubstrates außerhalb des Reflektorele mentes eine lichtabsorbierende Beschichtung vorgesehen. Es kann als grundsätzlich wünschenswert angesehen werden, dass zur Ver- besserung von Kontrast und besserem Dunkeleindruck die nicht aktiven Bereiche zwischen den m-LEDs, insbesondere verschiede ner Pixel lichtundurchlässig sind bzw. Licht dämpfen. Die licht absorbierende Beschichtung wird daher außerhalb des Reflekto relementes angeordnet. Gemäß einem Aspekt weist die Displayseite des Trägersubstrates eine Aufrauhung bzw. unebene und/oder auf geraute Struktur auf. Diese Struktur ist derart beschaffen, dass sie für die Wellenlänge des jeweils relevanten Lichtspektrums Streuungseffekte oder Diffusionseffekte hervorruft. Dies kann beispielsweise vorteilhaft bewirken, dass ein höherer Anteil des durch das Trägersubstrat übertragenen Lichts an der Dis playseite ausgekoppelt werden kann. Durch die raue Struktur entstehen günstigere mikrostrukturelle Winkelverhältnisse, die eine effektivere Auskopplung erlauben können.
Gemäß einem Aspekt ist an der Displayseite des Trägersubstrates gegenüber dem Reflektorelement ein Farbfilterelement angeord net. Dieses Farbfilterelement lässt ein primäres Farbspektrum der wenigsten einen m-LED passieren und dämpft hingegen andere Farbspektren. Als Vorteil kann eine bessere Farbwiedergabe und bessere Kontraste durch Eliminierung von Lichtanteilen benach barter andersfarbiger Pixelelemente sein.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Pixelelementes vorgeschlagen. Hierbei wird zunächst wenigstens eine m-LED an einer Bestückungsseite eines flächigen Trägersub strates befestigt. Danach wird ein Reflektorelement erzeugt, beispielsweise als reflektierende Schicht der wenigstens einen m-LED. Gemäß einem Beispiel erfolgt vor der Befestigung der wenigstens einen m-LED am Trägersubstrat ein Bearbeiten einer Displayseite des Trägersubstrats zur Mikrostrukturierung und/o der zum Aufrauen. Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass die jeweiligen Oberflächen fertig bearbeitet werden können, noch bevor die empfindlicheren elektronischen und optischen Kompo- nenten auf der Bestückungsseite aufgebracht werden.
Ein wesentlicher Aspekt bei der Lichtauskopplung ist die Mög lichkeit, unerwünschte Lichtanteile unterdrücken zu können. In einigen Anwendungen ist auch ein stark gerichtetes Licht ge- wünscht, die m-LED oder das Pixel sollte daher keine Lambertsche Charakteristik, sondern eine hohe Direktionalität aufweisen. In einigen Fällen wiederum, soll bei konvertiertem Licht entweder noch ein unkonvertierter Anteil geblockt, oder zumindest so abgelenkt werden, dass er den Seheindruck nicht vermindert.
Einige dieser Eigenschaften kann durch eine Bereitstellung ei ner photonischen Struktur oder eines photonischen Kristall auf der Austrittseite des Lichts erreicht werden. Im Folgenden wer den einige Aspekte beschreiben, welche verschiedene Maßnahmen verdeutlichen erzeugtes Licht zu kollimieren, um den Emissions winkel zu reduzieren oder anderweitig zu formen. Neben Mikro linsen oder anderen Maßnahmen fallen darunter auch photonische Strukturen. Diese verändern das Emissionsverhalten durch die Erzeugung eines "verbotenen" Bereichs, in dem Lichtemission nicht erlaubt ist. Entsprechend kann so Lichtabstrahlung in eine oder mehrere Richtungen unterdrückt oder gefördert werden.
In einigen Aspekten kann eine optoelektronische Vorrichtung ei nen Schichtenstapel mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Vorrichtung um fasst zumindest eine weitere Schicht, die eine photonische Kris tallstruktur aufweist. Zumindest einige der Schichten des Schichtenstapels sind Halbleiterschichten. Der Stapel von Schichten kann eine p-dotierte Schicht und eine n-dotierte Schicht einschließen, so wie eine p-dotierte und eine n-dotierte Gallium Nitride (GaN) Schicht, die den aktiven Bereich zwischen den beiden Schichten bildet. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Schichtenstapel eine m-LED formt, welche hinsichtlich ihrer Geometrie, Materialsystem, Aufbau oder Prozessierung eine oder mehrere Merkmale dieser Offenbarung aufweisen kann.
Zumindest eine Schicht auf dem Stapel von Schichten kann eine photonische Kristallstruktur aufweisen, insbesondere eine 2- dimensionale Struktur. Die photonische Kristallstruktur kann zumindest in einem Anteil der Schicht angeordnet sein und kann zum Beispiel durch drahtähnliche oder zylindrische Strukturen gebildet werden, die eine longitudinale Richtung haben, die zumindest im Wesentlichen parallel zu der Wachstumsrichtung der Schicht angeordnet ist. Die Struktur, die den photonischen Kris- tall bildet, wie zum Beispiel die Drähte oder Zylinder, können ein erstes Material umfassen, zum Beispiel das Material der Schicht, während der Raum zwischen der Struktur gemacht sein kann aus oder gefüllt ist mit einem zweiten Material, das einen verschiedenen Brechungsindex als das erste Material hat. Das zweite Material kann Luft sein oder eine andere Substanz, zum Beispiel ein Konvertierungsmaterial.
Die photonische Kristallstruktur kann benutzt werden, um in dem aktiven Bereich erzeugtes Licht zu manipulieren, wenn das Licht durch die photonische Kristallstruktur läuft. Die photonische Kristallstruktur kann insbesondere so angeordnet sein, dass das Licht, welches entlang der Wachstumsrichtung läuft, durch die photonische Kristallstruktur gehen kann, während Licht, das in einem Winkel, der nahe an oder bei 90 Grad ist mit Respekt zu der Wachstumsrichtung nicht durch die photonische Kristall struktur gehen kann. Das ist insbesondere der Fall für Licht mit Wellenlängen, die innerhalb einer durch die photonische Kristallstruktur ausgebildeten photonischen Bandlücke sind. In einigen Aspekten ist die Periodizität bei etwa der Hälfte einer spezifischen Wellenlänge. Dies ist die Wellenlänge, die zu der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung korrespon diert, die von der photonischen Kristallstruktur gebeugt werden muss. So ist eine Periodizität im Bereich von 350 nm bis 650 nm zweckmäßig für den Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums - oder sogar weniger, abhängig von dem durchschnittlichen Bre chungsindex. Die sich wiederholenden Bereiche unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante in der photonischen Kristallstruktur kann deswegen in dieser Größenordnung gefertigt werden, in ei nigen Aspekten kann auch ein ganzzahliges Vielfaches der kor respondierenden Wellenlänge genutzt werden. In einigen Ausführungen ist die Schicht mit der photonischen Kristallstruktur eine dielektrische Schicht, die zum Beispiel Siliziumdioxid, Si02, enthält oder daraus besteht. Dies kann eine zusätzliche Schicht sein, die auf die üblichen Schichten einer m-LED addiert werden. Dieselbe Fabrikationstechnologie kann deswegen für GaN und GaP Systeme angewandt werden. Die verschiedenen Herstellungsvarianten und Möglichkeiten kann auch auf eine Konverterschicht übertragen werden. Damit kann eine größere Bündelung oder Kollimierung verglichen mit Standard LEDs ohne eine solche Struktur erreicht werden. Ebenso wird die Ex- traktionseffizienz mit einer photonischen Kristallstruktur, die in einer Schicht angebracht ist verbessert im Vergleich zu einer herkömmlichen LED ohne eine photonische Kristallstruktur.
In einigen Aspekten kann die optoelektronische Vorrichtung eine oder mehrere Spiegelschichten umfassen, die auf der Schicht mit der photonischen Kristallstruktur angeordnet sind. Die Spiegel schicht oder -schichten können angeordnet sein, um einen win kelselektiven Spiegel zu bilden, zum Beispiel als Deckschicht. Die Bündelung des emittierten Lichts kann weiterhin verbessert werden. Mit strahlformenden Strukturen, wie durch den Gebrauch einer Schicht mit einer photonischen Kristallstruktur gegeben, kann auf dem Chipebene bis zu 50% mehr Licht in ein 30 Konus oder weniger verglichen zu einem Standardchip, der eine aufge raute Oberfläche hat, emittiert werden. Solch eine Strahlfor- mung erlaubt Hocheffizienz und niedrige Kosten in Projektions anwendungen. Für m-LED oder monolithische Displayanwendungen kann es sogar eine Anforderung sein.
Die verschiedenen photonischen Auskoppelstrukturen erzeugen je nach Ausgestaltung auf der Oberfläche eine gewisse Rauigkeit und Oberflächenstrukturen. Hinzu kommt, dass Leuchtdioden in der Vergangenheit häufig eine strukturierte Oberfläche aufwei sen, um die Lichtauskopplung zu verbessern. Hingegen ist die aktuell zum Platzieren von m-LEDs auf elektrischen Kontakten verwendete Stempeltechnik lediglich bei m-LEDs mit planaren o- der ebenen Oberflächen möglich.
Daher wird hier ein Verfahren zur Herstellung photonischer Strukturen auf einer m-LED vorgeschlagen, bei dem eine optische Auskopplungsstruktur in einem Oberflächenbereich eines die m- LED bereitstellenden Halbleiterkörpers erzeugt wird. Sodann wird der Oberflächenbereich mit der Auskoppelstruktur weiter prozessiert und planarisiert . Auf diese Weise wird eine planare Oberfläche erhalten, aber dennoch mittels der Auskoppelstruktur eine Lichtformung und eine Auskoppelung verbessert.
Entsprechend enthält eine m-LED somit eine Auskoppelstruktur, die in einem planaren Oberflächenbereich angeordnet ist. Die Auskoppelstruktur kann zudem lichtformende Ausgestaltung auf weisen, wie die hier offenbarten photonischen Strukturen. Dadurch kann Licht aus einer Oberfläche zu dieser senkrecht gerichtet ausgesendet werden.
In einem Aspekt wird der Oberflächenbereichs des Halbleiterkör- pers mittels Erzeugens einer zufälligen Topologie an dem Ober flächenbereich strukturiert. Eine zufällige Topologie umfasst ein direktes Aufrauen der Oberfläche des Oberflächenbereichs. Alternativ kann ein transparentes zweites Material, insbeson dere Nb205 mit einem großen Brechungsindex aufgebracht und an schließend aufgeraut werden.
In einem anderen Aspekt wird der Oberflächenbereich nach den hier offenbarten Ausführungen durch eine geordnete Topologie strukturiert und anschließend planarisiert. Hierzu werden pho- tonische Kristalle oder nicht-periodische photonische Struktu ren, insbesondere quasiperiodische oder deterministische ape riodische photonische Strukturen, in ein zweites transparentes Material eingebracht. Zwischenräume werden aufgefüllt, und an- schließend planarisiert . Das Auffüllen geschieht mit einem transparentem dritten Material mit einem niedrigen Brechungs index, insbesondere kleiner 1,5, insbesondere Si02.
Die Planarisierung erfolgt durch mechanische oder chemisch - mechanischen Polierens (CMP) erfolgen. Dadurch wird eine plan- arisierte Oberfläche geschaffen, deren Rauigkeit im Bereich kleiner 20 Nanometer, insbesondere kleiner 1 Nanometer, als Mittelrauwert aufweisen. Wie bereits erwähnt kann zur Strahlformung einer LED oder m-LED ein photonischer Kristall oder eine andere Struktur auf die m- LED oder das m-LED Array aufgebracht werden. In einigen Anwen dungen ist es jedoch üblich, nicht m-LEDs zu verwenden, die in einem Betrieb Licht unterschiedlicher Wellenlänge abstrahlen. Vielmehr wird ein Typ m-LED verwendet und dessen abgestrahltes Licht dann konvertiert. Dazu ist ein Konvertermaterial auf der Oberfläche der m-LED in der Hauptabstrahlrichtung aufgebracht, der photonische Kristall als lichtformende Struktur ist wie in einigen Beispielen bereits offenbart über dem Konvertermate- rial.
Im Folgenden werden weitere Aspekte erläutert, denen die Idee zugrunde liegt, eine Vereinigung von lichtformender und konver tierender Struktur zu schaffen, so dass eine besonders platz- sparende Anordnung der einzelnen Elemente und damit eine beson ders kleine Bauform eines optoelektronischen Bauelements ermög licht wird. Hierbei wird erreicht, dass die von dem Bauelement emittierte Strahlung gezielt in einen bestimmten Raumbereich abgestrahlt wird, während die Abstrahlung in andere Bereiche zuverlässig und auf vergleichsweise einfache Weise verhindert wird. Außerdem zeichnen sich alle hier vorgestellten Lösungen mit photonischen Strukturen durch eine hohe Energieeffizienz und somit durch eine im Vergleich zu den bekannten technischen Lösungen vergleichsweise gute Lichtausbeute aus.
In diesem Zusammenhang betreffen einige Aspekte zunächst ein Konverterelement für eine m-LED. Das Konverterelement umfasst wenigstens eine Schicht mit einem Konvertermaterial, welches bei Anregung durch eine auftreffende Anregungsstrahlung eine konvertierte Strahlung in einen Abstrahlbereich emittiert. Hierbei zeichnet sich das Konverterelement dadurch aus, dass die Schicht zumindest bereichsweise eine photonische Struktur aufweist, auf der zumindest abschnittsweise das Konvertermate rial angeordnet ist. Die photonische Struktur ist derart aus- geführt, dass die Strahlung als gerichtetes Strahlenbündel in den Abstrahlbereich emittiert wird. Damit wird eine Schicht vorgesehen, die auf geeignete Weise strukturiert ist, wobei in oder auf die Struktur ein Konvertermaterial aufgebracht ist, welches bei Anregung durch eine Anregungs- oder Pumpstrahlung konvertierte Strahlung emittiert.
Durch Verbindung der Komponenten Konvertermaterial einerseits und strukturierte Schicht zur gezielten Strahlführung und/oder -formung andererseits wird auf besonders platzsparende Weise ein Element geschaffen, das eine gezielte, auf einen gewünschten Raumbereich begrenzte Emission von Strahlung in den Abstrahl bereich der Strahlungsquelle ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist es sowohl denkbar, dass die vom Konverterelement ausgesandte konvertierte Strahlung als auch die Anregungsstrahlung auf ge- eignete Weise gerichtet wird, sodass Strahlung nur in eine be stimmte Richtung emittiert wird, während die Emission derarti ger Strahlung in andere Richtungen und/oder Bereiche ausge schlossen bzw. zumindest deutlich reduziert ist. Generell ist es denkbar, dass die photonische Struktur zumindest bereichsweise mit einem geeigneten Konvertermaterial beschich tet und/oder zumindest einzelne Bereiche, beispielsweise Ver tiefungen der Struktur, mit dem geeigneten Konvertermaterial aufgefüllt werden. Die Struktur ist hierbei derart ausgeführt, dass die emittierte konvertierte Strahlung als Strahlenbündel in eine gewünschte Richtung des Abstrahlbereichs emittiert wird. Dadurch wird Licht sowohl konvertiert als auch durch die pho tonische Struktur geformt. In diesem Zusammenhang ist es denk- bar, die photonische Struktur auf geeignete Weise derart aus zuführen, dass unterschiedliche Bereiche vorhanden sind, in die ein Strahlbündel emittiert wird. Auf diese Weise können Konver terelemente bereitgestellt werden, die die Abstrahlcharakteris tik eines optoelektronischen Bauelementes bzw. einer m-LED, in dem diese verwendet werden, bedarfsgerecht einstellen. Insbe sondere ist es aufgrund einer geeigneten Strukturierung photo- nischen Struktur möglich, ein Konverterelement bereitzustellen, durch das das Emissionsprofil eines optoelektronischen Bauele mentes, für das das Konverterelement verwendet wird, derart veränderbar ist, dass die Abstrahlung nicht mehr gemäß dem Lam- bertschen Gesetz erfolgt, sondern ein gezielt in eine Richtung gelenkter Strahl bzw. ein Strahlenbündel erzeugt wird.
Das Konvertermaterial kann die in dieser Anmeldung offenbarten Materialen aufweisen und mit verschiedenen seltenen Erden do tiert sein. Als Wirtsmaterial kann das bereits erwähnte YAG oder LuAG verwendet werden. Ebenso ist eine Verwendung der bereits aufgeführten Quantenpunkte als Konvertermaterial möglich. Die photonische Struktur ändert normalerweise nicht die spektralen Eigenschaften eines Quantenpunkts. Neben der Anpassung der pho- tonischen Struktur an das Emissionsspektrum der Quantenpunkte, können diese auch im Bereich der Struktur selbst, z.B. in aus gebildeten Gräben angeordnet sein Die regelmäßige photonische Struktur bzw. ein regelmäßiger pho- tonischer Kristall bietet den Vorteil, dass die optischen Ei genschaften des Konverterelementes mit einer entsprechenden strukturierten Schicht besonders zuverlässig, sicher und repro- duzierbar einstellbar sind. Die Struktur ist hierbei auf derart ausgeführt, dass Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs die Schicht in einer ge zielt vorgegebenen Richtung durchdringen kann, während diese Strahlung in anderen Richtungen die Schicht nicht durchdringen kann. Alternativ oder ergänzend kann die strukturierte Schicht derart ausgeführt sein, dass sie zumindest über einen großen Bereich für Strahlung einer speziellen Wellenlänge transparent oder nicht durchlässig ist. Im Weiteren ist es zweckmäßig, wenn die photonische Struktur wenigstens eine Vertiefung aufweist, in der sich das Konverter material befindet. Vorzugsweise ist in diesem Zusammenhang vor gesehen, dass die photonische Struktur eine Mehrzahl von Erhe bungen und Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen zumin- dest teilweise mit dem geeigneten Konvertermaterial befüllt sind. Auf diese Weise lässt sich vergleichsweise einfach ein Konverterelement realisieren, bei dem die erfindungsgemäß vor gesehene Struktur derart mit dem Konvertermaterial kombiniert wird, dass die konvertierte Strahlung nur in einen gezielt be- grenzten Abstrahlbereich und somit besonders zielgerichtet ab gestrahlt wird. Grundsätzlich ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass das Konverterelement derart ausgeführt wird, dass die Anregungsstrahlung durch die photonische Struktur gezielt auf hierfür vorgesehene Bereiche des Konvertermaterials gerich- tet wird und/oder dass die konvertierte Strahlung auf die Struk tur auftrifft und so als gezielt ausgestrahltes Strahlenbündel in den gewünschten Abstrahlbereich abgestrahlt wird. In einigen Aspekten ist die Schicht mit der photonischen Struk tur so ausgeführt, dass die Schicht über wenigstens eine opti sche Bandlücke verfügt. Als Bandlücke wird in diesem Zusammen hang der energetische Bereich der Schicht verstanden, der zwi- sehen dem Valenzband und dem Leitungsband liegt. Aufgrund der Bandlücke sind der für die Schicht verwendete Festkörper und damit das Konverterelement, das mit der Schicht versehen ist, für Strahlung in einem bestimmten Frequenzbereich transparent. Durch gezielte Einstellung der Bandlücke und/oder Auswahl eines Festkörpermaterials, kann die optische Eigenschaft des Konver terelementes gezielt eingestellt werden. Insbesondere ist es möglich, die Schicht derart auszuführen, dass nur ein Teil der auftreffenden Strahlung durch die Schicht hindurchgeleitet und in den Abstrahlbereich emittiert wird. In einigen Aspekten ist es zweckmäßig, wenn die photonische Struktur der Schicht eine mittlere Dicke von wenigstens 500 nm aufweist, sodass hierdurch eine optische Bandlücke erzeugt wird.
In Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die Schicht mit der photonischen Struktur derart ausgeführt ist, dass das gerich tete Strahlenbündel senkrecht zu einer Ebene, in der die Schicht angeordnet ist, emittiert wird. Demgegenüber werden Strahlungs anteile, die in andere Raumbereiche abgestrahlt werden, zuver lässig unterdrückt.
Weitere Aspekte betreffen optische Filterelemente und weitere Maßnahmen. In einem Aspekt kann zumindest auf einer Seite der Schicht ein optisches Filterelement angeordnet sein. In einigen Aspekten ist ein derartiges Filterelement als Filterschicht ausgeführt, die flächig auf die strukturierte Schicht mit dem Konvertermaterial aufgebracht ist. Mithilfe eines derartigen Filterelementes bzw. einer derartigen Filterschicht ist es mög lich, dass nur ein bestimmter Teil einer Strahlung auf die Schicht mit dem Konvertermaterial auftrifft oder aber nur ein bestimmter Teil der von der strukturierten Schicht mit dem Kon vertermaterial ausgesandten konvertierten Strahlung in den ge wünschten Raumbereich emittiert wird. Das Filterelement, ins besondere die Filterschicht, wird somit in einigen Aspekten derart ausgeführt, dass lediglich der Anteil einer Strahlung das Filterelement oder die Filterschicht passieren kann, der als Anregungsstrahlung benötigt wird oder der gezielt in den Abstrahlbereich emittiert werden soll.
Im Weiteren betreffen einige Aspekte eine Strahlungsquelle mit einer m-LED, die eine Anregungsstrahlung in ein Konverterele ment einstrahlt, das gemäß zumindest eines der zuvor beschrie benen Ausführungsbeispiele eines Konverterelementes ausgebildet ist. Das Konverterelement verfügt wiederum über wenigstens eine Schicht mit einem Konvertermaterial, welches bei Anregung durch die von der m-LED emittierte Anregungsstrahlung zur Emission einer konvertierten Strahlung in einen Abstrahlbereich angeregt wird. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass eine m-LED mit einem Konverterelement derart kombiniert wird, dass die gesamte von der LED emittierte Anregungsstrahlung in konver tierte Strahlung gewandelt wird oder aber dass lediglich ein Teil der von der LED emittierten Anregungsstrahlung in konver tierte Strahlung gewandelt wird. Wesentlich ist wiederum, dass die in den Abstrahlbereich der Strahlungsquelle emittierte Strahlung nur in einen gewünschten Raumbereich gerichtet ist. Die Strahlungsquelle erzeugt so einen gerichteten Lichtstrahl oder ein gerichtetes Strahlenbündel, der oder das in eine ge zielt ausgewählte Richtung oder in einen gezielt ausgewählten Abstrahlbereich ausgesendet wird.
Gemäß anderen Aspekt ist die strukturierte Schicht mit dem Kon vertermaterial Teil eines Halbleitersubstrats der m-LED. Die photonische Struktur kann entsprechend in einem Halbleitersub strat der m-LED ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist es wei terhin denkbar, dass die Struktur durch gezieltes Ätzen des LED- Halbleitersubstrats hergestellt wird und die Struktur daraufhin zumindest teilweise mit Konvertermaterial beschichtet und/oder das Konvertermaterial in herausgeätzte Vertiefungen der Struk tur eingefüllt wird.
Ferner ist in einigen Aspekten vorgesehen, dass die Struktur mit dem Konvertermaterial derart ausgeführt ist, dass die konvertierte Strahlung senkrecht zu einer Ebene, in der das Halbleitersubstrat angeordnet ist, in den Abstrahlbereich aus- gesendet wird. Die Struktur ist hierbei derart ausgeführt, dass konvertierte Strahlung aufgrund eines Bandlückeneffekts nur senkrecht zur Oberfläche des m-LED-Chips in den Abstrahlbereich abgestrahlt wird. Aufgrund dieser technischen Lösung wird eine hohe Direktionalität der vom Konverterelement emittierten konvertierten Strahlung erreicht. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass die photonische Struktur, beispielsweise in Form eines photonischen Kristalls, nur in der obersten Schicht des Halbleitermaterials der m-LED oder auch zumindest teilweise in der aktiven Zone angeordnet ist. Von Vorteil ist es wiederum, wenn die photonische Struktur eine Schichtdicke von mindestens 500 nm aufweist, um zuverlässig eine optische Bandlücke zu er zeugen .
In einer Ausführungsform ist zumindest eine Filterschicht vor- gesehen ist, die auf einer Seite der strukturierten Schicht angeordnet ist. Mithilfe einer Filterschicht wird die von der m-LED erzeugte Anregungsstrahlung in bestimmten Wellenlängen bereichen unterdrückt. Auf diese Weise können vor allem Etendue- begrenzte Systeme, die auf einer Vollkonversion der Anregungs- Strahlung beruhen, durch die gerichtete Strahlungserzeugung in der strukturierten Schicht des Konverterelements gegenüber be kannten technischen Lösungen deutlich effizienter gemacht wer den . Die Strahlungsquelle kann derart ausgeführt sein, dass sie sichtbares weißes Licht oder sichtbares konvertiertes Licht, mit den für den RGB-Farbraum charakteristischen Farben, nämlich Rot, Grün und Blau, emittiert. Gemäß einer Ausführungsform kann die Strahlungsquelle ein pixeliertes Array sein, bei dem zum Beispiel einzelne Pixel eines größeren Bauteils individuell ein- und ausgeschaltet werden können.
Der Einsatz einer photonischen Struktur, wie hierin beschrie- ben, in Kombination mit den vorstehend erwähnten m-LEDs ermög licht es auf Linsen oder ähnliche kollimierende Elemente ver zichten zu können. Außerdem kann mittels einer photonischen Struktur aufgrund der dadurch bereitgestellten Direktionalität der Kontrast zwischen benachbarten Pixeln verbessert werden.
Im Weiteren betreffen einige Aspekte auch ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle, die über zumindest eine der zuvor beschriebenen speziellen Eigenschaften verfügt. Das Ver fahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Struktur durch we- nigstens einen Ätzschritt in einem Halbleitersubstrat der LED ausgebildet wird. Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Struktur, insbesondere gezielt ausgewählte Ausnehmungen in der Struktur, wenigstens teilweise mit dem Konvertermaterial gefüllt werden. Einige weitere Aspekte beschäftigen sich mit einem m-Display mit einer photonischen Struktur zur Emission von gerichtetem Licht. Gerade bei Displays, die m-LEDs aufweisen, können die Abmessungen einzelner m-LED sehr klein sein, so dass bei Aus bildung einer photonischen Struktur nur wenige Perioden auf der Oberfläche einer einzelnen m-LED Platz haben. Es wird daher vorgeschlagen, eine photonische Struktur großflächig auf einem Array aus mehreren m-LEDs auszubilden. Derartige Arrays können beispielsweise pixelierte Arrays von m-LEDs sein, bei denen zum Beispiel jeweils ein Pixel eine Lichtquelle bildet. Monolithi- sehe Pixelarrays fallen ebenso darunter wir bestückte LED-Mo- dule die eine glatte Oberfläche aufweisen, beispielsweise die in dieser Schrift offenbarte Deckelektrode. Als weiteres Bei spiel sei eine Anordnung von einzelnen m-LEDs oder kleineren Modulen aus m-LEDs genannt, die auch in Form eines Felds bzw. eines Arrays vorgesehen sein kann. Derartige m-LED-Module sind ebenfalls in dieser Anmeldung offenbart. m-LEDs sind normalerweise Lambertsche Strahler und strahlen da- her Licht in einem großen Raumwinkel ab. Bei pixelierten Arrays, und gerade für m-Displays ist jedoch wie bereits erläutert eine gerichtete Emission senkrecht zur Lichtaustrittsfläche wichtig oder wünschenswert im Hinblick auf eine Vielzahl von Anwendun gen .
So umfasst eine optoelektronische Vorrichtung eine Anordnung mit einer Vielzahl von Lichtquellen zur Erzeugung von Licht, das aus einer Lichtaustrittsfläche aus der optoelektronischen Vorrichtung austritt, und wenigstens eine photonische Struktur, die zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Vielzahl der Lichtquellen angeordnet ist. Mittels der wenigstens einen pho- tonischen Struktur, bei der es sich insbesondere um einen pho- tonischen Kristall oder um Pillarstrukturen, die hierin auch als Säulenstrukturen bezeichnet werden, handeln kann, wird eine Strahlformung des emittierten Lichts bewirkt, bevor das Licht die Vorrichtung durch die Lichtaustrittsfläche verlässt.
Die photonische Struktur kann insbesondere zur Strahlformung des von den Lichtquellen erzeugten Lichts ausgebildet sein. Die photonische Struktur kann dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Licht zumindest im Wesentlichen senkrecht aus der Lichtaustrittsfläche austritt. Die Direktionalität des emittierten Lichts somit beträchtlich verbessert. Nach einer Ausgestaltung ist die Anordnung ein Array, das eine Vielzahl von Lichtquellen, insbesondere m-LEDs aufweist, die in Rehen und Spalten angeordnet sind. Die m-LEDs sind in Pixeln oder in Subpixeln organisiert und separat ansteuerbar. In ei- nigen Aspekten ist die Anordnung als monolithisch aufgebautes Array realisiert, in anderen Aspekten ist ein mit m-LED-Modulen oder separaten m-LEDs bestückt. Die Anordnung umfasst eine die m-LEDs oder Lichtquellen zumindest teilweise beinhaltend oder kontaktierend und einen photonischen Kristall. Dieser ist in der Schicht angeordnet oder ausgebildet. Der photonische Kris tall kann somit direkt in der Schicht angeordnet sein, in wel cher die Pixel des Arrays angeordnet sind. Alternativ ist der photonische Kristall in der Schicht oberhalb der Lichtquellen angeordnet, so dass sich der photonische Kristall dennoch zwi- sehen den Lichtquellen und der Lichtaustrittsfläche befindet.
Die Schicht kann ein Halbleitermaterial aufweisen, und der pho tonische Kristall kann in dem Halbleitermaterial strukturiert sein. Als Halbleitermaterial kommen hierbei beispielsweise GaN- oder AlInGaP-Materialsysteme in Frage. Beispiele für andere mögliche Materialsysteme sind A1N, GaP und InGaAs .
Der photonische Kristall kann durch Ausbilden einer periodischen Variation des optischen Brechungsindex in dem Halbleitermate- rial realisiert werden, wobei hierzu ein Material mit hohem Brechungsindex, wie zum Beispiel Nb2Ü5 (Niob- (V) -Oxid) verwendet und in das Halbleitermaterial entsprechend eingebracht wird, um eine periodische oder deterministisch aperiodische Struktur zu bilden. Die photonischen Strukturen können mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex, beispielsweise Si02, verfüllt sein. Somit kommt es zu einer Brechungsindexvariation zwischen einem hohen und einem niedrigen Index. Der photonische Kristall wird hierbei bevorzugt als zweidimensionaler photonischer Kris tall ausgebildet, welcher in einer parallel zur Lichtaustritts- richtung verlaufenden Ebene in zwei zueinander senkrechten Raum richtungen eine periodische Variation des optischen Brechungs index aufweist. Der photonische Kristall kann mittels Löcher bzw. Ausnehmungen realisiert sein, die in ein Material mit hohem Brechungsindex, zum Beispiel KP02O5, eingebracht sind. Der photonische Kristall kann somit durch Ausbildung der entsprechenden Strukturierung in dem Material mit hohem Brechungsindex gebildet werden bzw. gebildet sein. Das die Löcher oder Ausnehmungen umgebende Ma terial hat demgegenüber einen anderen Brechungsindex.
In einem weiteren Aspekt weist die Anordnung als Lichtquellen eine Vielzahl von m-LEDs auf, wobei die m-LEDs in einer ersten Schicht angeordnet sind, und ein photonischer Kristall ist in einer weiteren, zweiten Schicht angeordnet oder ausgebildet. Die zweite Schicht liegt zwischen der ersten Schicht und der Lichtaustrittsfläche. In Kombination mit einer insbesondere ar- rayartigen Anordnung von m-LEDs kann in einer zusätzlichen, zweiten Schicht über der die m-LEDs aufweisenden ersten Schicht ein photonischer Kristall vorgesehen sein. Dieser ist bevorzugt als zweidimensionaler photonischer Kristall ausgebildet und in Form einer periodischen Variation des optischen Brechungsindex in zwei parallel zur Lichtaustrittsfläche und senkrecht zuei- nander verlaufenden Raumrichtungen realisiert. Als Beispiel für ein Material mit hohem Brechungsindex der zweiten Schicht kann hier wiederum KP02O5 genannt werden, und der photonische Kristall kann mittels Löcher bzw. Ausnehmungen in dem Material mit dem hohen Brechungsindex strukturiert sein. Die photonischen Struk- turen können mit einem Material mit niedrigerem Brechungsindex, beispielsweise Siliziumdioxid, verfüllt sein. Damit weist die zweite Schicht eine Struktur aus einem Material mit zwei unter schiedlichen Brechungsindizes auf. Bei m-LEDs kann zwischen horizontalen und vertikalen m-LEDs unterschieden werden. Bei horizontalen LEDs liegen die elektri schen Anschlüsse auf der von der Lichtaustrittsfläche abgewand ten Rückseite der LED. Im Gegensatz dazu liegt bei einer ver- tikalen LED jeweils ein elektrischer Anschluss auf der Vorder seite und ein elektrischer Anschluss auf der Rückseite der LED. Die Vorderseite ist dabei der Lichtaustrittsfläche zugewandt.
Bei pixelierten Arrays, bei denen die elektrischen Kontakte beider Polaritäten auf der Rückseite liegen, kann die gesamte Arrayoberfläche strukturiert werden, z.B. in Form eines photo- nischen Kristalls, insbesondere ohne dabei Mesagräben oder Kon taktflächen auszusparen. Eine ähnliche Anordnung ergibt sich für Anordnungen von horizontalen m-LEDs unter einem Trägersub- strat. Gemäß einer Ausgestaltung können bei einem Array oder einer Anordnung von horizontalen m-LEDs zur elektrischen Kon taktierung der Lichtquellen jeweils beide Pole mittels einer das erzeugte Licht spiegelnden Kontaktierungsschicht elektrisch angeschlossen sein, wobei die Kontaktierungsschicht von einer obenliegenden Lichtaustrittsfläche aus gesehen unter der pho- tonischen Struktur und der Lichtquellen liegt. Die Kontaktie rungsschicht kann dabei wenigstens zwei elektrisch getrennte Bereiche aufweisen, um einen Kurzschluss zwischen den Polen zu vermeiden .
Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann bei einer Anordnung von vertikalen Leuchtdioden zur elektrischen Kontaktierung der Lichtquellen ein von der Lichtaustrittsfläche abgewandter, ins besondere positiver, erster Anschlusskontakt an einer das er- zeugte Licht spiegelnden Kontaktierungsschicht elektrisch an geschlossen sein, wobei die Kontaktierungsschicht von einer obenliegenden Lichtaustrittsfläche aus gesehen unter der pho- tonischen Struktur und der Lichtquellen liegt. Hingegen kann der jeweils andere, insbesondere negative, zweite Anschlusskon- takt, welcher der Lichtaustrittsfläche zugewandt ist, mittels einer Schicht eines elektrisch leitfähigen und optisch trans parenten Materials, insbesondere ITO, elektrisch angeschlossen sein. Zwischen der Schicht und der spiegelnden Kontaktierungs schicht kann ein Füllmaterial angeordnet sein. In einigen As- pekten kann diese elektrisch leitfähige Schicht selbst struk turiert sein, um photonische Eigenschaften zu erzeugen. In an deren Aspekten ist die photonische Struktur über der elektrisch leitfähigen Schicht erzeugt. Nach einer Ausgestaltung kann jede der Lichtquellen bzw. der m- LEDs eine Rekombinationszone aufweisen und der photonische Kris tall kann derart nah an den Rekombinationszonen liegen, dass die photonische Struktur eine im Bereich der Rekombinationszo nen vorhandene optische Zustandsdichte verändert, insbesondere derart, dass eine Bandlücke für wenigstens eine optische Mode mit einer Ausbreitungsrichtung parallel und/oder unter kleinem Winkel zur Lichtaustrittsfläche erzeugt wird.
Um die optische Bandlücke im Bereich der Rekombinationszone zu bewirken, ist es zweckmäßig, wenn der photonische Kristall sehr nah an der Rekombinationszone liegt. Außerdem ist es zur Aus bildung der Bandlücke sinnvoll, wenn in einer Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche gesehen die Höhe des photonischen Kris talls groß ist, insbesondere gleich oder über 300 nm. Mittels der photonischen Struktur kann somit für das abgestrahlte Licht eine Direktionalität bereits im Bereich der Lichterzeugung er zielt werden, da die Emission von Licht mit einer Ausbreitungs richtung parallel und/oder in einem kleinen Winkel zur Licht austrittsfläche unterdrückt werden kann. Die Erzeugung von Licht kann dann ausschließlich in einem begrenzten Emissionskegel senkrecht zur Lichtaustrittsfläche erfolgen. Der Öffnungswinkel des Emissionskegels ist dabei abhängig vom photonischen Kris tall und kann einen kleinen Wert, zum Beispiel maximal 20°, maximal 15°, maximal 10° oder maximal 5°, betragen. Der photonische Kristall kann in Bezug auf eine parallel zur Lichtaustrittsfläche verlaufende Ebene unabhängig von der Po sitionierung der Lichtpunkte angeordnet sein. Die photonische Struktur kann eine Vielzahl von Pillarstruktu- ren umfassen, die sich zumindest teilweise zwischen der Licht austrittsfläche und der Vielzahl der Lichtquellen erstrecken, wobei jeweils ein Pillar einer Lichtquelle zugeordnet ist und in einer Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche betrachtet fluchtend mit dieser ausgerichtet ist. Die Pillars oder Säulen weisen eine Längsachse auf, die sich bevorzugt senkrecht zur Lichtaustrittsfläche erstreckt. Bei einer fluchtenden Ausrich tung eines Pillars und einer zugeordneten Lichtquelle ist ins besondere gemeint, dass die verlängerte Längsachse des Pillars den Mittelpunkt der Lichtquelle schneidet.
Quer zur Längsachse gesehen können die Pillars einen kreisför migen, quadratischen oder vieleckigen Querschnitt haben. Die Pillars haben bevorzugt ein Aspektverhältnis Höhe zu Durchmes- ser von mindestens 3:1. Die Höhe wird dabei in Richtung der Längsachse der Pillars gemessen. Die Pillars sind insbesondere aus einem Material mit hohem Brechungsindex ausgebildet, wie zum Beispiel KPq2q5· Durch den höheren Brechungsindex im Ver gleich mit dem umgebenden Material kann die Lichtemission in einer Richtung parallel zur Längsachse der Pillars im Vergleich zu anderen Raumrichtungen erhöht werden. Die Pillars wirken als Wellenleiter. Dabei wird Licht entlang der Längsachse der Pil lars effizienter ausgekoppelt als längs anderer Ausbreitungs richtungen. Die Direktionalität in Richtung der Längsachse des Lichts kann somit verbessert werden. Da die Längsachse des Lichts bevorzugt senkrecht zur Lichtaustrittsfläche verläuft, kann außerdem eine verbesserte Lichtauskoppelung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche erreicht werden. Die Anordnung kann ein Array sein, das als Lichtquellen eine Vielzahl von m-LED arrangiert in Pixeln aufweist, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und die Pillars können in einer weiteren, zweiten Schicht angeordnet sein, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der Lichtaustrittsflä che liegt. Die Pillars können somit auf der Oberfläche des pixelierten Arrays angeordnet sein. Die Pillar- bzw. Säulen strukturen können dabei freistehend aus einem Material mit hohem Brechungsindex ausgebildet sein. Zusätzlich kann der Freiraum zwischen den Pillars mit einem Füllmaterial, z.B. Siliziumdi oxid, mit niedrigem Brechungsindex verfüllt sein.
In einem weiteren Aspekt kann die Anordnung ein Array sein, das als Lichtquellen eine Vielzahl von Pixeln aufweist, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und die Pillars können ebenfalls in der ersten Schicht angeordnet sein. Insbesondere können die Pillars derart in der ersten Schicht angeordnet sein, dass zu mindest ein jeweiliger Teil eines Pillars näher an der Licht austrittsfläche ist als die dem Pillar zugeordnete Lichtquelle. Der Pillar kann dadurch als Lichtwellenleiter zwischen der Lichtquelle und der Lichtaustrittsfläche fungieren. Die Pillars können aus einem in der ersten Schicht vorgesehenen Halbleiter material des Arrays ausgebildet sein, wobei das Halbleiterma terial einen hohen Brechungsindex aufweist. Insbesondere kann durch Ätzen Halbleitermaterial in der ersten Schicht derart entfernt werden, dass die Pillars stehen bleiben. Die Freiräume zwischen den Pillars können wiederum mit einem niederbrechenden Material verfüllt sein. In einem weiteren Aspekt kann die Anordnung ein Array sein, das als Lichtquellen eine Vielzahl von in Pixeln angeordnete m-LEDs aufweisen, wobei die Pixel in den Pillars ausgebildet sind. Ein Array kann somit derart erstellt werden, dass die einzelnen Pixel die Form von Pillars haben. Dabei ist jeder Pillar vor- zugsweise eine m-LED und funktioniert als einzelner Pixel. In Bezug auf die Längsachse eines Pillars gesehen kann die Länge des Pillars einer halben Wellenlänge des emittierten Lichts entsprechen, und die Rekombinationszone der von einem Pillar gebildeten m-LED liegt bevorzugt in der Mitte des Pillars . Die Rekombinationszone liegt damit in einem lokalen Maximum der photonischen Zustandsdichte. Die Lichtemission parallel zur Längsrichtung der Pillars kann dadurch deutlich erhöht werden. Durch den Wellenleiter-Effekt wird das Licht mit Ausbreitungs richtung parallel zur Längsachse zusätzlich effektiver ausge- koppelt als Licht anderer Ausbreitungsrichtungen.
Das Aspektverhältnis Höhe zu Durchmesser eines Pillars beträgt vorzugsweise 3:1. Bei gebräuchlichen Emissionswellenlängen ha ben die Pillars eine Höhe von ca. 100 nm und einen Durchmesser von 30 nm. Auch hochskalierte, größere Höhen bzw. Durchmesser sind möglich, die einfacher herzustellen sind, in einem solchen Fall ist es zweckmäßig wenn das Verhältnis zwar gleich bleibt, beispielsweise die oben erwähnten 3:1, und zusätzlich in einem festen Verhältnis zur Wellenlänge des zu beeinflussenden Lich- tes liegt. Der Zwischenraum zwischen den die Lichtquellen auf weisenden Pillars kann mit Material, zum Beispiel Si02, verfüllt sein, das einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als das Halbleitermaterial für die Pillars. Bei einem eine Lichtquelle aufweisenden Pillar kann ein p-Kon- takt auf der von der Lichtaustrittsfläche abgewandten Unterseite des Pillars hergestellt werden. Ein n-Kontakt kann zum Beispiel auf der halben Höhe der Pillars auf der Oberseite des Pillars hergestellt werden. Der n-Kontakt kann über ein transparentes leitfähiges Material hergestellt werden, insbesondere als Zwi schenschicht im Füllmaterial oder als oberste Schicht über den Pillars. Ein mögliches Material für eine n-Kontaktschicht ist beispielsweise ITO ( Indium-Zinn-Oxid) . Auch eine umgekehrte An ordnung von n- und p-Kontakt ist möglich. Insbesondere kann bei einer Anordnung von als Pillars oder Säu len geformten, insbesondere vertikalen, Leuchtdioden zur elektrischen Kontaktierung jeweils ein, insbesondere positiver, erster Pol an einer spiegelnden Kontaktierungsschicht elektrisch angeschlossen sein, die an und/oder entlang ersten Längsenden der Leuchtdioden ausgebildet sein kann. Der jeweils andere, insbesondere negative, zweite Pol kann an einer weiteren Schicht aus einem elektrisch leitfähigen und optisch transpa renten Material, insbesondere ITO, elektrisch angeschlossen sein. Diese Schicht kann als Zwischenschicht in der Mitte der Pillars oder Säulen oder an und/oder entlang von zweiten Längs enden der Pillars angeordnet sein, wobei die zweiten Längsenden den ersten Längsenden entgegengesetzt sind. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine optoelektronische Vor richtung zur Erzeugung einer zu einer emittierenden Oberfläche senkrecht gerichteten Emission von Licht aus einem, insbeson dere planaren, Pixel aufweisenden Array oder aus einer Anordnung von m-LEDs vorgeschlagen, wobei optisch wirkende Strukturen, insbesondere Nanostrukturen wie ein photonischer Kristall oder eine Pillarstruktur, entlang der gesamten emittierenden Ober fläche zu der senkrecht gerichteten Emission des Lichts struk turiert sind. Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung zur Erzeugung einer zu einer emittierenden Oberfläche senkrecht gerichteten Emission von Licht aus einem, insbesondere planaren, pixelier- ten Array oder aus einer Anordnung von m-LEDs vorgeschlagen, wobei optisch wirkende Strukturen entlang der gesamten emittie renden Oberfläche zu der senkrecht gerichteten Emission des Lichts strukturiert werden.
Planares Array heißt insbesondere ebenes Array. Eine Oberfläche eines Arrays oder Feldes ist zudem vorzugsweise glatt. Bei einem pixelierten Array handelt es sich insbesondere um ein monoli- thisches, pixeliertes Array. Alle erwähnten Materialien, insbesondere die Materialen in ei nem photonischen Kristall, einem Pillar, oder die Füllmateria lien weisen bevorzugt einen niedrigen Absorptionskoeffizienten auf. Der Absorptionskoeffizient ist hier insbesondere ein Maß für die Verringerung der Intensität elektromagnetischer Strah lung beim Durchgang durch ein gegebenes Material.
Der photonische Kristall kann mittels einer an sich bekannten Lithographietechnik hergestellt werden. Mögliche an sich be kannte Technologien sind zum Beispiel Nanoimprintlithographie oder Immersions-EUV-Stepper, wobei EUV für extreme ultravio lette Strahlung steht.
Eine weitere mögliche Anwendung photonischer Kristalle basiert auf der Eigenschaft, elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, in Bezug auf die Schwingungsrichtung zu po larisieren. Mithilfe photonischer Strukturen zur Polarisierung von elektromagnetischer Strahlung ist es insbesondere möglich, spezielle Bilder aufzunehmen und auf geeigneten Displays dar zustellen. Zur Erzeugung von Bildern, die bei einem Benutzer den Eindruck eines dreidimensionalen Bildes erzeugen, werden üblicherweise erzeugt, indem mehrere komplementäre Polarisati onsrichtungen auf geeignete Weise miteinander kombiniert wer den .
Es stellt somit regelmäßig ein Problem dar, dass die Beleuch tungseinheiten, mit denen bedarfsgerecht polarisiertes Licht bereitgestellt werden kann, zusätzlich zu dem der Lichterzeu gung dienenden Emitter über eine Mehrzahl von weiteren optischen Komponenten verfügen. Dies macht den Aufbau entsprechender Be leuchtungseinrichtungen vergleichsweise aufwendig und erhöht die Kosten der Herstellung. Ferner erfordern die unterschied lichen Komponenten einen nicht unerheblichen Bauraum, sodass Bemühungen in Bezug auf eine Miniaturisierung der etwa für Aug- mented-Reality-Anwendungen oder im Bereich der Unterhaltungs elektronik benötigten Beleuchtungseinheiten in vielen Fällen an ihre Grenzen stoßen. Jüngere Anforderungen im Bereich Automo tive deuten ebenfalls auf den Wunsch, Bilder zu erzeugen, die bei einem Betrachter einen dreidimensionalen Effekt erzeugen.
Zur Lösung dieses und anderer Probleme wird eine Anordnung bzw. ein optoelektronisches Bauelement mit wenigstens einer Emit tereinheit, insbesondere einer m-LED vorgeschlagen, die über eine Lichtaustrittsfläche Strahlung emittiert. Das Bauelement weist zudem ein Polarisationselement auf, das wenigstens ab schnittsweise an die Lichtaustrittsfläche anschließt und eine Polarisation und/oder eine Intensität der von der Emitterein heit ausgehenden Strahlung bei Durchtritt der Strahlung durch das Polarisationselement ändert. Hierbei zeichnet sich die An ordnung dadurch aus, dass das Polarisationselement eine drei dimensionale photonische Struktur aufweist.
Bei der Anordnung bzw. dem optoelektronischen Bauelement kann es sich um ein Pixelelement eines m-Displays oder eines m- Displaymoduls handeln. Die Emittereinheit kann durch eine m-LED gebildet sein. Durch ein oder mehrere derartige Module, bei dem mehrere Pixel in Reihen und Spalten angeordnet sind, kann so ein oder genauer mehrere Bilder erzeugt werden, die bei einem Betrachter den Eindruck eines dreidimensionalen Bildes hervor- rufen können.
Die Formulierung, dass das Polarisationselement eine Polarisa tion ändert, umfasst auch die Erzeugung von polarisierter Strah- lung aus nicht polarisierter Strahlung. Das Polarisationsele ment kann auch nur eine, gegebenenfalls wellenlängenabhängige, Änderung der Intensität der Strahlung bewirken, ohne eine Po larisierung zu erzeugen oder zu ändern. Der Begriff „Polarisa tionselement" ist somit nicht eng auszulegen, in dem Sinne, dass in allen Ausführungsformen eine Änderung bzw. Erzeugung einer Polarisation vorgesehen sein muss.
Mit der vorgeschlagenen Ausführung wird ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, bei der die vom Emitter, beispiels weise einer m-LED, erzeugte Strahlung direkt in das Polarisa tionselement gelangt, sodass eine besonders kompakte Einheit zur Bereitstellung von bedarfsgerecht polarisierter Strahlung realisiert wird, die sich wiederum mit weiteren derartigen Bau- elementen und/oder einem Polarisationselement, bevorzugt mit wenigstens einem Polarisationselement, das über komplementäre Eigenschaften verfügt, kombinieren lässt.
Der wesentliche Vorteil des Einsatzes einer dreidimensionalen photonischen Struktur, insbesondere eines photonischen Kris talls, zur Polarisation einer elektromagnetischen Strahlung, wobei vorzugsweise sichtbares Licht polarisiert wird, besteht darin, dass durch die Anordnung der photonischen Struktur im Bereich der Lichtaustrittsfläche des Emitters eine besonders kompakte, platzsparende Lösung bereitgestellt wird. Mit Hilfe des an die Lichtaustrittsfläche angrenzenden, speziell ausge führten Polarisationselements ist es möglich, elektromagneti sche Strahlung gezielt zu polarisieren und trotzdem die Verluste von Strahlung, deren Polarisation nicht der Polarisationsrich- tung des Polarisationselements entspricht, zu minimieren. Ge nerell ist es denkbar, dass die photonische Struktur auf der Lichtaustrittsfläche angeordnet ist, oder dass in einer Halb leiterschicht, auf der sich die Lichtaustrittsfläche befindet bzw. an die sich die Lichtaustrittsfläche in Strahlrichtung anschließt, auf geeignete Weise eine photonische Struktur aus gebildet wird.
Hierbei ist es von besonderem Vorteil, dass mit den als Pola risationselement verwendeten dreidimensionalen Strukturen auf besonderes effektive Weise die Abstrahlcharakteristik einer Be leuchtungseinheit bezüglich ihrer Polarisationseigenschaften verändert und so eine Diskriminierung verschiedener Wellenlän gen durch unterschiedliche Polarisationseigenschaften oder Ab strahlrichtungen erzielt werden kann.
Gemäß einem Aspekt weist die Emittereinheit wenigstens eine m- LED auf. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die m-LED bevorzugt weißes, rotes, grünes oder blaues Licht emittiert, welches in das Polarisationselement eingestrahlt wird und durch das Polarisationselement die Strahlung in einer Schwingungs richtung polarisiert wird. In diesem Zusammenhangt kann die m- LED auch ein Konvertermaterial umfassen, so das von abgestrahl tes Licht von dem Konvertermaterial in eine gewünschte Wellen länge und damit Farbe konvertiert wird.
Im Übrigen ist nach einem weiteren Aspekt vorgesehen, dass die Emittereinheit, insbesondere eine m-LED, sowie das Polarisati onselement aus verschiedenen Schichten gebildet werden, die in einem Schichtenstapel übereinander angeordnet sind. Wesentlich ist wiederum, dass die in wenigstens einer Schicht des Emitters erzeugte Strahlung in das ebenfalls schichtförmige Polarisati onselement gelangt, bevor die Strahlung aus dem Schichtenstapel in die Umgebung ausgestrahlt wird. Auf vorteilhafte Weise ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass sich die als Polarisa tionselement verwendete dreidimensionale Struktur auf oder in dem gleichen Halbleiter-Chip, wie die Emittereinheit befindet.
Bei Verwendung einer Emittereinheit mit einer m-LED ist es fer ner denkbar, dass die photonische Struktur auf den m-LED-Chip aufgebracht oder zumindest Teil des m-LED-Chips ist. Verschie dene Ausführungen einer solchen m-LED ist in dieser Anmeldung offenbart. Dabei kann die m-LED monolithisch gefertigt sein und Teil eines größeren Arrays von in Reihe und Spalten angeordnete m-LEDs sein. Diese können gemeinsam prozessiert und gefertigt werden. Die m-LED für einzelne Farben können zu einem Pixel zusammengefasst und mit einer Struktur umgeben werden, um die Lichtführung, insbesondere zur Hauptabstrahlrichtung zu verbes sern .
Mit einer derartigen Ausgestaltung wird ein besonders platzspa rendes und energieeffizientes optoelektronisches Bauelement zur Verfügung gestellt, mit der polarisierte Strahlung bereits di rekt auf Chipebene erzeugt wird, ohne dass hierfür zusätzliche optische Elemente im nachgeordneten Strahlengang angeordnet werden müssen.
In weiteren Aspekten verfügt das Polarisationselement über spi ral- und/oder stäbchenförmige Strukturelemente. Die dreidimen sionale photonische Struktur wird in diesem Fall derart ausge legt, dass von der Emittereinheit bzw. die m-LED ausgesandtes Licht nur mit einer bestimmten Polarisation aus der photonischen Struktur austritt . Eine entsprechende dreidimensionale photo nische Struktur mit spiral- und/oder stäbchenförmigen Struktu relementen im Bereich der Lichtaustrittsfläche wird nur von Strahlung mit einer speziellen Polarisationsrichtung durchstra hlt. Vorzugsweise wird die Ausgestaltung und Dimensionierung der Struktur auf die jeweils von der Emittereinheit emittierte Strahlung abgestimmt. Mit einer spiralförmigen Struktur wird eine zirkuläre Polarisation erreicht, während eine stäbchenför mige Struktur eine lineare Polarisation der durch die Struktur tretenden Strahlung bewirkt.
Gemäß weiteren Aspekten ist es ferner denkbar, dass bei Einsatz eines Konvertermaterials die dreidimensionale photonische Struktur im Strahlengang zwischen der m-LED und dem Konver terelement oder hinter dem Konverterelement angeordnet ist, durch die die Anregungsstrahlung und/oder die konvertierte Strahlung auf geeignete Weise polarisiert wird. Auch die Kom- bination von Konverterelement und dreidimensionaler photoni- scher Struktur in der gleichen Schicht ist realisierbar. Dadurch kann direkt polarisiertes, konvertiertes Licht erzeugt werden. Es kann zum Beispiel Konvertermaterial in die dreidimensionale photonische Struktur gefüllt werden. Das Konvertermaterial kann mit Ce3+ (Ce für Cer) , Eu2+ (Eu für Europium) , Mn4+ (Mn für Mangan) oder Neodym-Ionen dotiert sein. Als Wirtsmaterial kann zum Bei spiel YAG oder LuAG verwendet werden. YAG steht hierbei für Yttrium-Aluminium-Granat . LuAG steht für Lutetium-Aluminium- Granat .
Es können auch Quantenpunkte als Konvertermaterial in die drei dimensionale photonische Struktur gefüllt werden. Quantenpunkte können sehr klein sein, zum Beispiel im Bereich von 10 nm. Sie eignen sich daher besonders gut zum Auffüllen der dreidimensi onalen photonischen Struktur. Generell ist es denkbar, dass die Struktur durch Herausätzen von Material aus der Schicht, in welcher die Struktur gebildet werden soll, hergestellt wird. Die so gebildeten Ausnehmungen können sodann mit Konverterma terial, das zum Beispiel Quantenpunkte enthält, aufgefüllt wer den. Die Quantenpunkte können beispielsweise in ein flüssiges Material eingebracht sein, mit welchem die Ausnehmungen aufge füllt werden. Das flüssige Material kann zumindest teilweise verdampf werden, so dass die Quantenpunkte in den Ausnehmungen übrigbleiben. Dabei kann sich ein Teil des flüssigen Materials verfestigen. Die Quantenpunkte können daher in einer Matrix eingebettet sein. Die photonische Struktur ändert normalerweise nicht die spekt ralen Eigenschaften eines Quantenpunkts . Allerdings weist ein Quantenpunkt ein schmalbandiges Emissionsspektrum auf. Die pho tonische Struktur kann an dieses schmalbandige Emissionsspekt rum angepasst sein, wodurch die durch die photonische Struktur bewirkte Richtungsselektivität verbessert werden kann. Mittels einer photonischen Struktur kann somit die Abstrahlcharakteris tik von Quantenpunkten als Konverter sehr effizient beeinflusst werden . In weiteren Aspekten verfügt das Polarisationselement über we nigstens einen dreidimensionalen photonischen Kristall. Ebenso ist es denkbar, dass das Polarisationselement wenigstens zwei zweidimensionale photonische Kristalle aufweist, die entlang eines Strahlengangs der das Polarisationselement durchdringen- den Strahlung hintereinander angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise kann ein dreidimensionaler photonischer Kris tall oder wenigstens zwei im Strahlengang hintereinander ange ordnete zweidimensionale photonische Kristalle verwendet wer- den, so dass die Struktur, auf die die Strahlung trifft, für Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge oder mehreren spe ziellen Wellenlängen transparent ist und/oder diese nur in eine bestimmte Richtung durchlässt. Auf diese Weise lässt sich eben falls die gewünschte Polarisation der auf das Polarisationsele- ment auftreffenden Strahlung einstellen. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, die Struktur direkt im Konvertermaterial her zustellen oder in eine zusätzliche Schicht aus einem anderen Material einzubringen. Die Eigenschaft der dreidimensionalen photonischen Struktur wird dabei bevorzugt derart ausgelegt, dass die Transmissionsbedingungen für verschiedene Wellenlängen unterschiedlich sind. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei spielsweise konvertierte Strahlung das Polarisationselement un gehindert passieren kann, während die Anregungsstrahlung abge lenkt wird. Ebenso ist es denkbar, dass zumindest eine der Strahlungen, nämlich Anregungsstrahlung einerseits und konver tierte Strahlung andererseits, nur mit einer bestimmten Pola risation das Polarisationselement durchstrahlt.
In einigen Ausgestaltungen kann ferner vorgesehen sein, dass das Polarisationselement in Abhängigkeit einer Wellenlänge der Strahlung, die durch das Polarisationselement tritt, wenigstens zwei unterschiedliche Transmissionsgrade aufweist. In diesem Zusammenhang sieht eine spezielle Weiterbildung vor, dass die Emittereinheit eine m-LED und ein Konverterelement mit einem Konvertermaterial aufweist, welches angeregt durch von der m- LED abgestrahlte Anregungsstrahlung eine konvertierte Strahlung emittiert, und dass auf das Polarisationselement auftreffende Anregungsstrahlung bei Durchtritt durch das Polarisationsele ment im Vergleich zu durchtretender konvertierter Strahlung an- ders polarisiert und/oder unterschiedlich stark absorbiert wird .
Die Eigenschaften der dreidimensionalen photonischen Struktur sind somit derart ausgelegt, dass die Transmissionsbedingungen für verschiedene Wellenlängen unterschiedlich sind. In diesem Fall ist es etwa denkbar, dass konvertiertes Licht ungehindert die dreidimensionale photonische Struktur passieren kann, wäh rend die Anregungsstrahlung abgelenkt wird. Ebenso ist es denk bar, dass konvertierte Strahlung nur mit einer bestimmten Po- larisation aus der dreidimensionalen photonischen Struktur aus- tritt .
Im Weiteren ist es bei einigen Aspekten denkbar, dass eine der beiden Strahlungen, die unterschiedliche Wellenlängen aufwei- sen, durch die unterschiedlichen Eigenschaften des Polarisati onselements in Bezug auf die Polarisation und Ausbreitungsrich tung diskriminiert wird. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass bei einer Kombination einer m-LED und einem Konverterelement, durch die eine Vollkonversion realisiert wird, ein Teil der Anregungsstrahlung bis auf einen vergleichsweise kleinen Strah lungsanteil mit einer speziellen Wellenlänge herausgefiltert wird, was dazu führt, dass eine dünnere Schicht des Konverter materials verwendet werden kann. Die hier beschriebene Struktur kann auf besonders kleine Weise hergestellt werden. So ist in einigen Aspekten eine Emitterein heit mit einer m-LED vorgesehen, und die dreidimensionale Struk tur des Polarisationselements ist direkt auf dem m-LED-Chip, bevorzugt auf die Halbleiterschicht der m-LED, über die die erzeugte Strahlung zur Lichtaustrittsfläche gelangt, aufge bracht. Nach einer solchen Ausgestaltung befindet sich die drei dimensionale photonische Struktur direkt auf oder im m-LED- Chip. Mit einer derartigen technischen Lösung kann aufgrund der polarisierten Strahlungsemission die Auflösung bei der Erzeu gung von Bildern verbessert werden, und Bauteile zur Strahler zeugung können vergleichsweise klein ausgeführt werden. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die von meh reren Bauteilen bzw. von mehreren Beleuchtungseinheiten mit komplementären Eigenschaften emittierten Strahlungen über ge meinsame Optiken abgebildet werden. Optiken, die dafür geeignet sind, sind in dieser Anmeldung offenbart. Derart ausgebildete Beleuchtungseinheiten sind somit besonders für Augmented-Rea- lity-Anwendungen und/oder auf dem Gebiet der Unterhaltungs elektronik einsetzbar.
Ein anderer Gesichtspunkt betrifft ein Verfahren zur Herstel lung eines optoelektronischen Bauelements mit wenigstens einer Emittereinheit, die über eine Lichtaustrittsfläche Strahlung emittiert, und mit einem Polarisationselement, das wenigstens abschnittsweise an die Lichtaustrittsfläche anschließt und eine Polarisation und/oder eine Intensität einer von der Emitterein heit ausgehenden Strahlung bei Durchtritt der Strahlung durch das Polarisationselement ändert.
Dieses Verfahren kann dadurch weitergebildet worden, dass als Emittereinheit eine m-LED, oder ein Array von m-LEDs verwendet wird, auf dessen Lichtaustrittsfläche als Polarisationselement eine dreidimensionale photonische Struktur, zum Beispiel im Wege der Zwei-Photon-Lithographie oder des Glancing-Angle-Deposi- tion, aufgebracht und/oder die photonische Struktur in eine an die Lichtaustrittsfläche anschließende Halbleiterschicht der m- LED eingebracht wird. Die dreidimensionale Struktur kann in Abhängigkeit der Wellenlänge der von der m-LED emittierten Strahlung dimensioniert werden.
Auf diese Weise lässt sich ein optoelektronisches Bauelement, welches auf die in dieser Anmeldung offenbarten Prinzipien und Strukturen bzw. Gegenständen beruht, in einer Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder, insbesondere für die Dar stellung auf einem Display, einem Monitor oder einer Leinwand verwenden. In einigen Aspekten beruht der dreidimensionale Ein druck in einem Betrachter darauf, dass Licht unterschiedlicher Polarität an die beiden Augen geführt wird, wobei das jeweilige Licht, bzw. das erzeugte Bild oder dargestellte Objekte and leicht unterschiedlichen Positionen abgebildet werden.
Insbesondere können basierend auf die hier vorgestellten Tech niken dreidimensionaler Bilder für Augmented-Reality-Anwendun- gen oder auch im Automotive Bereich computergestützt erzeugt werden. Von Vorteil hierbei ist es, dass die in dieser Anmeldung offenbarten optoelektronischen Bauelemente mit einer dreidimen sionalen photonischen Struktur als Polarisationselement die Ab strahlcharakteristik von m-LEDs in Bezug auf die Polarisations eigenschaften verändert und so eine Diskriminierung verschie dener Wellenlängen aufgrund unterschiedlicher, wellenlängenspe zifischer Polarisationseigenschaften oder Abstrahlrichtungen erzielt werden kann.
Die polarisierte Strahlung kann direkt auf dem Substrat mit der Emittereinheit, insbesondere auf Ebene eines m-LED-Chips er zeugt oder die Selektivität bei Vollkonversion verbessert wer den. Dadurch sind keine separaten Elemente notwendig, die ge- gebenenfalls zu Fehlern oder Abweichungen bei einer Positionie rung führen würden. Aufgrund der Emission von gezielt polari sierter Strahlung kann die Auflösung von dreidimensionalen Dar stellungen verbessert und gleichzeitig die für die Bilderzeu- gung benötigten Bauteile bzw. Beleuchtungseinheiten verkleinert werden. Dies lässt sich unter anderem dadurch erreichen, indem das Licht mehrerer Bauteile mit komplementären Eigenschaften über gemeinsame Optiken auf einem display, einem Schirm oder auch direkt auf der Netzhaut eines Betrachters abgebildet wird. Insbesondere für Augmented-Reality-Anwendungen und auf dem Ge biet der Unterhaltungselektronik können durch Kombination kom plementärer Polarisationselemente besonders bevorzugt dreidi mensionale Bilder erzeugt werden. In einigen weiteren Aspekten kann mit Hilfe einer photonischen Struktur oder eines photonischen Kristalls die Fernfeldcharak teristik eines optoelektronischen Bauelements gezielt verändert werden. Daher wird unter anderem eine Anordnung vorgeschlagen, welches wenigstens eine optoelektronische Emittereinheit um- fasst, die über eine Lichtaustrittsfläche elektromagnetische Strahlung emittiert. Zudem ist eine photonische Struktur zur Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen, be vor diese über die Lichtaustrittsfläche austritt, wobei die photonische Struktur die elektromagnetische Strahlung derart formt, dass die elektromagnetische Strahlung ein bestimmtes und definiertes Fernfeld aufweist.
Die optoelektronische Emittereinheit ist als eine m-LED ausge bildet. Die optoelektronische Emittereinheit kann auch ein Ar- ray mit mehreren m-LEDs aufweisen. Damit wird eine photonische Struktur über einer Vielzahl derartiger m-LEDs vorgesehen.
Durch die photonische Struktur ändert sich somit die Ab strahlcharakteristik optoelektronischen Emittereinheit der An- Ordnung von einem Lambertschen Strahler hin zu einer definierten Abstrahlcharakteristik im Fernfeld. Mit der Formulierung, dass die elektromagnetische Strahlung ein bestimmtes Fernfeld auf weist, ist somit insbesondere gemeint, dass im Fernfeld die Abstrahlcharakteristik definiert ist und sich von der Ab- Strahlcharakteristik eines Lambertschen Strahlers unterschei det. Mit Fernfeld ist dabei ein Bereich gemeint, welcher sich je nach Anwendung zumindest einige Zentimeter oder auch einige Meter entfernt von der Beleuchtungseinheit befindet, so, dass hier die magnetischen und elektronischen Felder senkrecht auf- einander stehen.
Die photonische Struktur kann, insbesondere in einer Schicht, unterhalb der Lichtaustrittsfläche und/oder zwischen der opto elektronischen Emittereinheit und der Lichtaustrittsfläche an- geordnet sein. Somit muss das Licht diese passieren, bevor es endgültig aus dem Bauelement austritt. Die photonische Struktur kann somit in der Anordnung integriert sein, wodurch sich diese kompakt ausbilden lässt. Die photonische Struktur kann auch in die Lichtaustrittsfläche integriert sein bzw. eine Stirnfläche der photonischen Struktur kann die Lichtaustrittsfläche bilden.
In einigen Aspekten ist die photonische Struktur eine eindimen sionale photonische Struktur, insbesondere ein eindimensionaler photonischer Kristall. Die photonische Struktur kann zum Bei- spiel derart ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung in Bezug auf eine erste Raumrichtung zumindest nähe rungsweise kollimiert ist. Somit kann zumindest in Bezug auf die erste Raumrichtung ein kollimierter Strahl erzeugt werden. In Abstrahlrichtung gesehen nachgeordnet zur Lichtaustrittsflä che kann eine kollimierende Optik angeordnet sein, wobei die Optik dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung in einer weiteren, zweiten Raumrichtung, welche orthogonal zu der ersten Raumrichtung verläuft, zu kollimieren. Die erste Rich- tung und die zweite Richtung können zueinander orthogonale Rich tungen sein, die parallel zur ebenen Lichtaustrittsfläche ver laufen. Es kann somit ein in beiden Richtungen kollimierter Strahl erzeugt werden, der längs der Hauptabstrahlrichtung ge- richtet ist, die von der Lichtaustrittsfläche weggerichtet ist und orthogonal sowohl zur ersten als auch zweiten Richtung ver läuft .
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die, insbesondere als eindimensionaler photonischer Kristall ausgebildete, pho- tonische Struktur derart ausgestaltet sein, dass eine Hauptab strahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung in einem Win kel zur Normalen der Lichtaustrittsfläche verläuft, wobei der Winkel ungleich null Grad ist. Die Hauptabstrahlrichtung kann somit geneigt zur Normalen der Lichtaustrittsfläche verlaufen. Ein wenigstens in einer Richtung kollimierter Strahl kann somit zum Beispiel schräg aus der Lichtaustrittsfläche austreten.
Die als eindimensionaler photonischer Kristall ausgebildete photonische Struktur kann in einer Schicht unterhalb, insbeson dere direkt unterhalb, der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein. Der eindimensionale photonische Kristall kann dabei eine sich in einer Richtung erstreckende, periodisch wiederholende Abfolge von zwei Materialen mit unterschiedlichem optischen Brechungsindex aufweisen. Die Materialien können jeweils einen rechteckigen oder parallelogrammartigen Querschnitt aufweisen. Die aneinander anstoßenden Grenzflächen der Materialen können dabei geneigt zur Lichtaustrittsfläche liegen. Eine derartige Struktur kann beispielsweise gebildet werden, indem parallel zueinander verlaufende Gräben schräg zur Licht austrittsfläche in das die Lichtaustrittsfläche aufweisende Substrat geätzt werden. Die Gräben können mit einem Material aufgefüllt werden, das einen anderen optischen Brechungsindex aufweist als das weggeätzte Substratmaterial. Der Winkel kann dabei von der Schräge der Gräben zur Lichtaustrittsfläche ab- hängen, und die Breite der Gräben bzw. die Breite des zwischen den Gräben verbleibenden Substratmaterials hat Einfluss auf die Wellenlängen, auf welche die photonische Struktur wirksam ist. Typischerweise werden die Breite der Gräben und die Breite des zwischen den Gräben liegenden Substratmaterials an die Wellen länge der elektromagnetischen Strahlung angepasst.
In einigen Aspekten kann es sich bei der photonischen Struktur auch um eine zweidimensionale photonische Struktur, insbeson dere einen zweidimensionalen photonischen Kristall, handeln. Eine Stirnseite der zweidimensionalen photonischen Struktur kann die Lichtaustrittsfläche der Beleuchtungseinheit bilden, oder die zweidimensionale photonische Struktur kann in einer Schicht unterhalb der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein.
Die zweidimensionale Struktur, insbesondere ein zweidimensio naler photonischer Kristall, kann derart ausgestaltet sein, dass diese die elektromagnetische Strahlung derart beeinflusst, dass die elektromagnetische Strahlung im Fernfeld ein definiertes, insbesondere ein diskretes, Muster bildet. Die Beleuchtungsein heit lässt sich dadurch zum Beispiele- in Oberflächentopographie- Systemen, beispielsweise zur Gesichtserkennung, einsetzen. Wie erwähnt, kann die photonische Struktur in einer Schicht unterhalb der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein, oder eine Stirnseite der photonischen Struktur kann die Lichtaustritts fläche bilden, so dass sich die photonische Struktur direkt unter der Lichtaustrittsfläche befindet und diese mitumfasst.
Die photonische Struktur kann auch in einer Halbleiterschicht der optoelektronischen Emittereinheit ausgebildet sein.
Die optoelektronische Emittereinheit kann eine Schicht mit Kon- vertermaterial umfassen und die photonische Struktur kann in der Schicht mit Konvertermaterial oder in einer Schicht zwischen der Schicht mit Konvertermaterial und der Lichtaustrittsfläche ausgebildet sein.
Die optoelektronische Emittereinheit kann wenigstens einen optoelektronischen Laser aufweisen, wie etwa einen VCSEL (von englisch: vertical-cavity surface-emitting laser) . Auch ein Feld von mehreren Lasern ist denkbar.
Ein anderer Gesichtspunkt bezieht sich auf die Lichtführung durch geeignete Projektionseinheiten, nachdem das Licht den Emitter bzw. die m-LED verlassen hat, d.h. die Strecke von einer Lichtquelle zum Auge eines Benutzers . In einigen Lösungen liegt das Display in der Blickrichtung eines Benutzers. Diese Lösungen sind vor allem für Automotive und andere Anwendungen relevant. Alternativ können die virtuellen Elemente außerhalb der direk ten Sichtlinie erzeugt werden und ihr Licht muss anschließend zu den Augen des Benutzers geführt werden. In allen Fällen sollte sichergestellt sein, dass die Projektion des Bildes beim Benutzer ausreichend scharf und kontrastreich ist. Das heißt, die Pixel sollten voneinander getrennt sein, so dass unter schiedliche Rabe zwischen zwei benachbarten Pixeln auch beim Benutzer den gleichen Eindruck hervorrufen.
In einigen Aspekten wird eine m-Displayanordnung oder ein An- zeigearray eine Optik aufweisen, um beispielsweise von dem m- LED-Array emittiertes Licht in bestimmte Raumrichtungen zu len ken oder dessen Divergenz zu reduzieren oder um eine Formung eines von dem m-LED-Array emittierten Lichtstrahlbündels zu er möglichen. Die Optik kann zu diesem Zweck beispielsweise opti sche Linsen oder/und Reflektoren umfassen. Die Optik kann bei spielsweise ferner optische Filter umfassen, um die Farbe des emittierten Lichts zu verändern. Weiterhin kann die Optik bei spielsweise Lichtstreumittel umfassen, um eine bessere Homoge nisierung des emittierten Lichts zu ermöglichen. Eine Anordnung mit einem m-Displays kann eine Optik für einzelne m-LEDs oder eine gemeinsame Optik für einige oder für alle m- LEDs des m-LED-Arrays aufweisen, um beispielsweise von diesen m-LEDs emittiertes Licht in bestimmte Raumrichtungen zu lenken oder dessen Divergenz zu reduzieren oder um eine Formung eines von den m-LEDs emittierten Lichtstrahlbündels zu ermöglichen. Die Optik kann dafür beispielsweise optische Linsen oder Re flektoren umfassen. Ferner kann die Optik beispielsweise opti sche Filter oder bzw. und Lichtstreumittel umfassen, um die Lichtfarbe oder die Homogenität des emittierten Lichts für ei nige oder alle m-LEDs des m-Displays zu verändern. Die Optik kann beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger für die m-LEDs des m-LED-Arrays angeordnet sein. In einem weiteren Gesichtspunkt wird ein Aspekt der Lichtführung betrachtet, wenn das lichtemittierende Displays nicht in direk ter Sichtlinie liegt. Hierzu wird eine Lichtleiteranordnung vorgeschlagen, die der lichtemittierenden Vorrichtung nachge schaltet ist, und die zumindest zwei lichtemittierende Vorrich- tungen hat, die Licht von verschiedener Farbe emittieren.
Die Anordnung umfasst auch einen ersten und einen zweiten läng lichen Lichtleiter, die so angeordnet sind, dass von den licht emittierenden Vorrichtungen erzeugtes Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Zum diesem Zweck umfasst die Lichtleiteran ordnung weiterhin ein erstes Einkoppelelement, das benachbart zu dem ersten länglichen Lichtleiter angeordnet und konfiguriert ist, das Licht der ersten Farbe in den ersten länglichen Licht leiter einzukoppeln. Ein zweites Einkoppelelement ist benach- bart zu dem länglichen zweiten Lichtleiter angeordnet und kon figuriert, das Licht der zweiten Farbe in den länglichen zweiten Lichtleiter einzukoppeln. Entsprechende Auskoppelelemente sind an den entsprechenden Endabschnitten von jedem der ersten und zweiten länglichen Lichtleiter angeordnet. Diese führen das Licht zu dem Auge des Benutzers. Die Lichtleiterelemente können ein transparentes Material aufweisen, so dass sie in direkter Sichtlinie des Benutzers angeordnet sein können, ohne die Sicht des Benutzers zu beeinträchtigen. Die Einkoppel- sowie die Aus koppelelemente können als separierte Elemente implementiert sein oder zum Beispiel als Beschichtung auf den entsprechenden Lichtleitern .
Die lichtemittierende Vorrichtung kann ein m-LED Display auf weisen oder eine m-LED Displaymatrix und dergleichen. Diese Vorrichtungen können monolithisch integriert sein. Die Unter pixel von verschiedenen Farben können auf einer einzelnen Vor richtung integriert sein. Als eine Alternative können eine Viel zahl von m-LED Displays zur Verfügung gestellt werden, wobei jede der m-LED Displays angepasst ist, Licht einer spezifischen Farbe zu erzeugen. Das erzeugte Licht kann dann durch verschie dene vor das m-LED Display platzierte Optiken kombiniert werden. Verschiedene Miko Anzeigen zu benutzen kann die technischen Anforderungen bezüglich Größe der individuellen Pixel vergli chen zu einer Lösung, in der Unterpixel von verschiedenen Farben auf demselben Substrat angeordnet sind, reduzieren. Die obige Lösung benutzt verschieden Einkoppelelemente, um das Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung selektiv in den entsprechen den Lichtleiter einzukoppeln. In einem Aspekt wird ein weiteres drittes Einkoppelelement zur Verfügung gestellt und gegenüber dem zweiten Einkoppelelement angeordnet. Das dritte Einkop pelelement ist angepasst, Licht einer dritten Farbe in den läng lichen zweiten Lichtleiter einzukoppeln. Das verschiedene Ein koppelelement ermöglicht eine separate Einkopplung von Licht einer anderen Farbe in den entsprechenden Lichtleiter. Die Tren- nung erlaubt es, die Fragen zu adressieren, wenn Licht ver schiedener Farben oder Wellenlängen behandelt werden. In dieser Hinsicht kann das Licht der dritten Farbe eine längere Wellen länge als die zweite Farbe aufweisen. Abhängig vom Design kann eine Lichterzeugung an einer Stelle stattfinden, die verschoben oder versetzt in Bezug zu den Licht leitern ist. Dementsprechend kann durch die lichtemittierende Vorrichtung erzeugtes Licht einen Einfallswinkel zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 90° und insbesondere zwischen 60° und 90° in Bezug auf die Oberfläche des Lichtlei ters aufweisen. Mit anderen Worten ist das Licht nicht parallel zu dem länglichen Lichtleiter, wenn es durch das Einkoppelele ment in den Leiter eingekoppelt wird. In einigen Aspekten kann zumindest eines der ersten und zweiten Einkoppelelemente auf der Seitenwand des entsprechenden länglichen Lichtleiters an geordnet sein. Die Dimension der entsprechenden Einkoppelele mente ist so selektiert, dass alles Licht der verschiedenen Pixel der lichtemittierenden Anordnung eingekoppelt wird.
Die ersten und zweiten länglichen Lichtleiter können im Wesent lichen parallel zu einander angeordnet sein. Sie können vonei nander getrennt sein unter Benutzung von Abstandselementen zwi schen Ihnen, um Platz für die Einkoppel- und Auskoppelelemente zur Verfügung zu stellen. Abgesehen von den Einkoppelelementen können die Endabschnitte der entsprechenden Lichtleiter ein Auskoppelelement aufweisen. Das auf dem Ausgangsteil des läng lichen ersten Lichtleiters angeordnete Auskoppelelement ist an gepasst, Licht der ersten Farbe auszukoppeln. Das auf dem Aus- gangsteil des länglichen zweiten Lichtleiters angeordnete Aus koppelelement ist angepasst, Licht der zweiten Farbe auszukop peln. Weiterhin ist in einigen Varianten ein drittes Auskop pelelement zur Verfügung gestellt. Das dritte Auskoppelelement ist auf dem Ausgangsteil des länglichen zweiten Lichtleiters gegenüber dem zweiten Auskoppelelement angebracht, um Licht der dritten Farbe auszukoppeln. Die entsprechenden Auskoppelele mente sind so angeordnet, dass das von den entsprechenden Aus koppelelementen ausgekoppelte Licht in Richtung eines Auges des Benutzers gerichtet ist. Es ist passend, wenn einige der Aus- koppelelemente transparent für Licht einer anderen Farbe sind. Zum Beispiel ist das erste Auskoppelelement transparent für Licht der zweiten und/oder der dritten Farbe. Das zweite Aus koppelelement kann zumindest transparent für Licht der dritten Farbe sein.
Aufgrund der kleinen Baugröße von m-LEDs besteht eine Schwie rigkeit für optoelektronische Bauelemente darin, eine effizi ente Strahlauskopplung zu erreichen. Ebenso sollte der Strahl bereits beim Verlassen kollimiert sein, um diesen in eine op- tische Vorrichtung geeignet einzukoppeln. Wegen der geringen Größe der einzelnen Bauteile auf einem m-Display sind klassische vor den einzelnen Bauelementen gesetzte Linsen nur schwer rea lisierbar. Im Folgenden wird daher ein Konzept vorgestellt, dass auf einer gekrümmten Emissionsoberfläche, einem foveated Dis- play beruht. Daneben soll ein geringer Abbildungsfehler erreicht werden .
Ausgangspunkt des Konzeptes ist eine Beleuchtungsanordnung mit einem lichtemittierenden optoelektronischen Element und einer optischen Vorrichtung zur Strahlumwandlung der vom lichtemit tierenden optoelektronischen Element erzeugten elektromagneti schen Strahlung, wobei das optoelektronische Element mehrere in Matrixform angeordnete Emissionsbereiche umfasst und jedem Emissionsbereich eine Hauptstrahlrichtung zugeordnet ist.
Hierbei wurde erkannt, dass die dem lichtemittierenden opto elektronischen Element im Strahlengang nachfolgende optischen Vorrichtung, dann vereinfacht ausgebildet sein kann, wenn we nigstens ein Teil und bevorzugt alle Emissionsbereiche des lichtemittierenden optoelektronischen Elements so angeordnet sind, dass deren Mittelpunkte auf einer gekrümmten Fläche lie gen. In einem Aspekt kann dies mit einer konkav gekrümmten Fläche erreicht werden. Unter dem Mittelpunkt eines Emissions bereichs wird vorliegend der Schnitt der Hauptstrahlrichtung mit der elektromagnetischen Strahlung aussendenden Oberfläche der Emissionsbereiche verstanden.
In einem Aspekt bildet die gekrümmte Fläche ein Kugelsegment, dessen zugeordneter Kugelmittelpunkt auf der optischen Achse der optischen Vorrichtung liegt. Für die bevorzugte konkave gekrümmte Fläche zur Anordnung der Mittelpunkte der Emissions bereiche liegt der Kugelmittelpunkt in Richtung des Strahlen gangs beabstandet zum lichtemittierenden optoelektronischen Element. Alternativ ist die gekrümmte Fläche ein rotierender Kegelschnitt, zum Beispiel ein Ellipsoid, Paraboloid oder Hy perboloid .
Für eine erste Ausführung sind benachbarte Emissionsbereiche gegeneinander verkippt, sodass die Hauptstrahlrichtungen der Emissionsbereiche zueinander in Winkelstellung stehen. Für eine zweite, alternative Ausführung liegen Emissionsbereiche mit ei ner übereinstimmenden Hauptstrahlrichtung vor, die auf ver schiedenen Ebenen mit einem unterschiedlichen Abstand in Haupt- Strahlrichtung zur optischen Vorrichtung angeordnet sind.
Für eine weitere Ausführung wird vorgeschlagen, dass die opti sche Vorrichtung eine Systemoptik, insbesondere eine abbildende Projektionsoptik bildet. Durch die Anordnung der Emissionsbe- reiche gelingt eine verbesserte Kompensation der Feldkrümmung der Systemoptik. Zusätzlich kann die Abbildung in der Projek tionsoptik vereinfacht werden. Für eine Weitergestaltung dieser Konzepte sind zwischen den Emissionsbereichen und der Systemop tik mehrere nicht-planar angeordnete, kollimierende optische Elemente vorgesehen.
In einem Aspekt bildet jeder einzelne Emissionsbereich einen separaten Lambert-Strahler. Des Weiteren sind die Emissionsbe reiche sehr kleinflächig angelegt und weisen maximale Kanten- längen kleiner 70 gm, insbesondere kleiner als 25 gm auf. Für eine Ausführung der Beleuchtungsanordnung wird mindestens einer der Emissionsbereiche durch die Apertur eines einer m-LED zu geordneten Primäroptikelements oder eines einer m-LED zugeord neten Konverterelements gebildet. Alternativ können die Emis- sionsbereiche bereit kollimierende Elemente umfassen, bei spielsweise in Form einer photonischen Struktur Dabei können die Emissionsbereiche, deren Mittelpunkte auf einer gekrümmten Fläche liegen, Teil eines monolithischen pixelierten Optochips sein oder diese sind in mehreren auf einem nicht-planaren IC- Substrat angeordneten, separaten Optochips angelegt.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Projektionseinheiten bekannt, mit denen Bilder bedarfsgerecht in gezielt festgelegten Bildebenen darstellbar sind. Derartige Projektionseinheiten kommen etwa in sogenannten Augmented-Rea- lity- oder Virtual-Reality-Brillen oder in Head-up-Displays , beispielsweise in Kraftfahrzeugen, zum Einsatz. Bei den zuvor genannten speziellen Anwendungen von Projektionseinheiten wer den bei Augmented-Reality-Anwendungen und Head-up-Displays re- gelmäßig vergrößerte Bilder in einem Abstand vom Betrachter angezeigt. Demgegenüber übernimmt bei Virtual-Reality-Brillen die Projektionsoptik in der Regel die Funktion einer Lupe, die das Display vergrößert. In diesem Zusammenhang sind aus der EP 1 544 660 und der DE 197 51 649 Al Anzeigeeinrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Bei letzterer wird ein Zwischenbild auf einer Mattscheibe verwen det, um mittels weiterer Optiken das Bild seitenrichtig für den Fahrer auf der Windschutzscheibe abzubilden. Auf diese Weise ist eine Abbildung von Instrumenten, Warnanzeigen oder sonsti gen für den Fahrer wichtigen Hinweisen, direkt im Blickfeld möglich, sodass dieser die Information sehen kann, ohne seinen Blick von der vor ihm liegenden Fahrstrecke abwenden zu müssen. Eine alternative Ausgestaltung, Bilder auf oder in das Auge eines Nutzers zu transferieren wird durch sogenannte Lichtfeld displays erreicht, die auch als virtuelle Netzhautanzeige (vir tual retinal display - VNA) bezeichnet werden. Im Gegensatz zu normalen Displays, die Abbildung auf eine Ebene unmittelbar vor dem Benutzerauge erzeugt, entsteht bei Lichtfelddisplays ein Bild innerhalb des Auges durch eine direkte Netzhautprojektion.
Die Forderung nach einem Lichtfelddisplay kleiner Größe und leichtem Baugewicht, um ein komfortabel tragbares System zu erreichen, ist konträr zum Wunsch, ein großes Sehfeld mit hoher Auflösung zu erzielen. Bisher wurden Anordnungen mit m-Displays als Bildgeber und diese abbildenden Mehrkanaloptiken vorge schlagen, die den Strahlengang zur Umformung aufsplitten und diesen auf der Netzhaut wieder zusammenführen. Ein dafür geeig netes System mit hybriden diffraktiv-refraktiven Optiken und Freiformlinsen beschreibt Marina Buljan, et al . , „Ultra-compact multichannel freeform optics for 4xWUXGA OLED microdisplays", Proc. SPIE 10676, Digital Optics for Immersive Displays, 1067607 (21 May 2018) .
Daneben sind weitere Projektionseinheiten bekannt, deren Pixel Licht emittieren, das aus Licht unterschiedlicher Farben ge mischt wird. In diesen Lösungen wird Licht räumlich getrennt erzeugt und anschließend durch geeignete optische Elemente, wie beispielsweise eine achromatische Linse, gemischt und zu einem Strahl zusammengeführt. Bei Displays, welche die Farbe anhand in Matrixform angeordneten Pixeln auf einer Oberfläche erzeu gen, muss das Licht ausreichend kollimiert sein, um benachbarte Pixel unterschiedlicher Farbe gerade bei hohen Füllfaktoren auflösen zu können.
Andere Lösungen schlagen demgegenüber vor, m-LEDs mit einer niedrigen Packungsdichte zu verwenden. Eine solche führt aber zu deutlichen Unterschieden zwischen punktuell ausgeleuchteten und dunklen Bereichen bei der Betrachtung einer einzelnen Pi xelfläche. Dieser sogenannte Fliegengitter-Effekt ( Screen-Door- Effekt) zeigt sich besonders deutlich bei einem geringen Be trachtungsabstand und damit insbesondere bei Anwendungen wie AR-Brillen oder VR-Brillen.
Weitere Lösungen mit adaptiven Optiken zur Phasenmodulation und Strahlausformung nennt Jonathan D. Wäldern, „DigiLens swit- chable Bragg grating waveguide optics for augmented reality applications" , Proc. SPIE 10676, Digital Optics for Immersive Displays, 106760G (21 May 2018). Vorgeschlagen werden Wellen leiter für HMDs mit integrierten diffraktiven optischen Elemen ten (DOE) , die durch schaltbare Bragg-Gitter (switchable bragg gratings - SBG) gebildet werden. Zur Herstellung der SBGs werden Flüssigkristalle in ein Polymer eingebettet, wobei vor der Aus polymerisierung durch holografische Verfahren Muster bildende Kavitäten zur Aufnahme der Flüssigkristallphase im Monomeraus gangsmaterial angelegt werden. Nach der Verfestigung der Matrix können die Flüssigkristalle mittels eines elektrischen Felds ausgerichtet werden, sodass durch eine Variation des Brechungs index eine schaltbare Strahlumlenkung resultiert.
Eine alternative Verstelloptik für VR HMDs beschreibt R. E. Stevens, et al . , „Varifocal technologies providing Prescription and VAC mitigation in HMDs using Alvarez Lenses", Proc. SPIE 10676, Digital Optics for Immersive Displays, 106760J (21 May
2018). Offenbart wird die Verwendung von Alvarez-Linsenpaaren zur Anpassung des Strahlengangs einer Videobrille. Ausgehend von den bekannten Problemen sollen weitere Lösungen vorgeschlagen werden. Es wird dabei als nicht unwesentlich an gesehen, dass die für die Strahlführung und Strahlformung ver wendete Optik eine möglichst hohe Effizienz aufweist, sodass die optischen Verluste erheblich minimiert werden. Ein Aspekt betrifft somit eine Projektionseinheit mit einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung und einer Projektionsop tik, wobei die optoelektronische Leuchtvorrichtung eine Matrix mit Pixeln zur Emission von sichtbarem Licht aufweist. Jedes Pixel umfasst mehrere m-LEDs mit spektral unterschiedlicher Lichtemission, sodass unterschiedlich farbige Subpixel gebildet werden. Hierbei ist jede m-LED separat ansteuerbar und kann gegebenenfalls and die in dieser Anmeldung offenbarten Treiber schaltungen angeschlossen sein. Die Matrix mit Pixeln umfasst in einigen Aspekten ein oder mehrere m-LED Module, welche die in dieser Schrift offenbarten Strukturen aufweisen. Beispiels weise kann die Matrix eine Antennenstruktur oder eine Barren form, wie hier offenbart aufweisen. Verschiedene Maßnahmen wie eine transparente Deckelektrode, eine photonische Struktur oder ähnliches können vorgesehen sein, um die Auskopplung und Direk- tionalität zu verbessern. In einer Ausgestaltung kann die Matrix durch Pixelmodule (mit jeweils drei Subpixeln) gebildet werden, die an einem Trägersubstrat befestigt sind. Das Trägersubstrat kann Zuleitungen und Ansteuerschaltungen enthalten und in einem gegenüber der Matrix unterschiedlichen Materialsystem gefertigt sein .
Ferner ist jedem Pixel eine separate Kollimationsoptik zugeord net, die der Projektionsoptik zur Erhöhung des Füllfaktors vor- geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist die Kollimationsoptik so ausgebildet, dass im Strahlengang vor der Projektionsoptik ver größerte und einander überlagernde Zwischenbilder der m-LEDs des jeweiligen Pixels erzeugt werden. Demnach erhöht die jedem Einzelpixel zugeordnete Kollimationsoptik nicht nur den Aus- leuchtungsgrad eines Pixels, sondern ermöglicht zusätzlich eine Ortskorrektur der Abstrahlung der Subpixel bildenden m-LEDs durch eine möglichst genaue Überlagerung der Subpixelzwischen- bilder, die eine effiziente Lichteinkopplung in die im Strah lengang nachfolgende Projektionsoptik ermöglicht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine derartige Optik bei den hier vorgestellten Konzepten geeignet wäre, welche z.T. redundante Subpixelelemente vorsehen.
Zweckmäßig ist eine solche Ausgestaltung der Kollimationsoptik, die zu einem möglichst hohen Überlappungsgrad der Zwischenbil der der m-LEDs führt, welche zum selben Pixel gehören. Als geeignet hat sich eine Überlappung der Zwischenbilder der Hm- LEDs eines Pixels von mindestens 85% und weiter von mindestens 95% ihrer Zwischenbildfläche erwiesen.
Ferner ist eine Ausführung bevorzugt, für die die Zwischenbilder der m-LEDs virtuelle Zwischenbilder sind, in einem Gesichtspunkt erzeugt die Kollimationsoptik ein virtuelles Bild der Subpixel, sodass die Größe des virtuellen Bildes eines Subpixels der Größe des Pixels entspricht. Des Weiteren ist die Kollimationsoptik bevorzugt zwischen den m-LEDs eines Pixels und der Projekti onsoptik angeordnet.
Die Licht mit unterschiedlicher Farbe emittieren m-LEDs können gleich große Flächenbereiche des Pixels belegen oder die jeweils von den Subpixeln belegten Flächen sind an die Lichtemission angepasst und unterschiedlich groß. Für eine Ausführung ist vorgesehen, dass das Subpixel, das grünes Licht emittiert, im Vergleich zu den beiden anderen Subpixeln den größten Oberflä- chenbereich des Pixels belegt oder zumindest über einen größeren Flächenbereich grünes Licht ausgesendet wird. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass das Auge für die grüne Farbe am sensi tivsten ist. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn der von Sub pixeln für rotes Licht belegte Oberflächenbereich eines RGB- Pixels größer ist, als der von blauen Licht emittierenden Sub pixeln belegte Oberflächenbereich. Gemäß dieser Ausführungsform wird grünes Licht über einen größeren Oberflächenbereich des Pixels als rotes Licht emittiert, und rotes Licht wird wiederum über einen größeren Oberflächenbereich des Pixels als blaues Licht emittiert. Mittels der vorgeschlagenen Kollimationsoptik des Pixels werden von den unterschiedlich großen und örtlich unterschiedlich angeordneten m-LEDs der Subpixel Zwischenbilder im Strahlengang vor der Projektionsoptik erzeugt, die einen hohen Überlappungsgrad aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden kleinbauende m-LEDs verwen det, sodass in den einzelnen Pixeln große Oberflächenbereiche vorliegen, die kein Licht emittieren. Bevorzugt ist, dass die Halbleiterleuchtvorrichtungen eines Pixels nicht mehr als 30 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 15 %, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10 % der Pixelfläche belegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein optisches und elektrisches Übersprechen zwischen den einzelnen Pixeln verhindert wird. Vorzugsweise sind die Subpixel derart angeordnet, dass diese nicht unmittelbar am Rand eines Pixels liegen und nicht anei nander angrenzen. Unter dem Begriff m-LEDs fallen neben m-LEDs auch färbkonvertierte m-LEDs oder VCSELs mit derartiger Kanten länge oder m-LEDs ausgeleuchtete Lichtwellenleiterendstücke. An dieser Stelle seien auch die geschlitzten Antennenstrukturen erwähnt, die als derartige m-LEDs anzusehen wären.
Die jedem Pixel zugeordnete Kollimationsoptik bietet hierbei den Vorteil, dass das von den Subpixeln emittierte Licht in ein vorkollimiertes Strahlenbündel umgewandelt wird, das daraufhin auf vorteilhafte Weise der Erzeugung eines Bildes durch wenigs tens ein weiteres Optikelement zur Verfügung steht. Durch den Einsatz wenigstens einer geeigneten Kollimationsoptik sind so mit vorkollimierte Lichtstrahlen erzeugbar, sodass wiederum ein optisches Übersprechen zwischen den einzelnen von den Subpixeln emittierten Lichtstrahlen verhindert oder zumindest verringert wird .
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Kollimationsoptik über wenigstens ein holografisch optisches Element (HOE) verfügt, das die unterschiedlichen Positionen der drei Halbleiterleucht vorrichtungen auf der Fläche des Pixels kompensiert. Alternativ oder in Ergänzung ist es denkbar, dass diese Funktion durch ein refraktives optisches Element (ROE), das Bestandteil der Kol limationsoptik ist, bewirkt wird. Ebenso ist es denkbar, dass ergänzend oder alternativ ein diffraktives optisches Element (DOE) verwendet wird, um eine geeignete Kompensation der unter schiedlichen Positionen der Halbleiterleuchtvorrichtungen auf der ausgeleuchteten Fläche im Zwischenbild des Pixels zu errei chen .
In weiteren Aspekten wird die Projektionseinheit weitergebil det. Sie umfasst in einer Ausgestaltung eine Projektionsoptik, die im Strahlengang der Kollimationsoptik nachgeordnet ist. Mithilfe der Projektionsoptik wird aus den einzelnen Zwischen bildern, die mithilfe der Kollimationsoptik erzeugt wurden, ein Bild oder ein weiteres Zwischenbild erzeugt, das direkt oder in weiterverarbeiteter Form verwendet wird, um dem Betrachter die gewünschte Information anzuzeigen. Die Projektionsoptik verfügt hierbei über geeignete optische Elemente, wie beispielsweise Umlenkspiegel, Strahlteiler und/oder Linsen, die vorzugsweise von einer Steuereinheit angesteuert und so gezielt bewegt werden können, um bedarfsgerecht eine Strahllenkung und oder Strahlum formung zu bewirken, sodass Informationen in leicht verständ licher und wahrzunehmender Form auf einem Display, auf einem Mattschirm und/oder als virtuelles Bild, beispielsweise vor der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, dargestellt werden.
Eine vorgeschlagene Projektionseinheit, gemäß zumindest einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann zur Erzeugung eines Bildes für eine Augmented-Reality-Anwendung, für eine Virtual-Reality-Anwendung und oder in einem Head-up-Display verwendet werden. Insbesondere kann die vorgeschlagene in einer Augmented-Reality-Brille und/oder in einer Virtual Reality- Brille verbaut werden, die von dem Betrachter am Kopf getragen wird .
Neben der Lichtführung an ein Display und der Erzeugung eines virtuellen Bildes, gibt es eine weitere Möglichkeit Information an den Benutzer zu übertragen. Es beruht auf der Erkenntnis, dass das Auge über seinen Wahrnehmungsbereich kein gleichmäßi ges Auflösungsvermögen hat. Vielmehr besitzt das Auge im Bereich seiner Fovea centralis ein sehr hohes räumliches und auch farb- liches Sehvermögen. Dieses nimmt jedoch bei größeren Winkeln ab, so dass im Bereich des peripheren Sehens, d.h. bei ca. 20° bis 30° sowohl das räumliche Auflösungsvermögen als auch das farbliche Sehvermögen abnimmt. Bei herkömmlichen Displays wird dies nicht weiter berücksichtigt, d.h. die Anzahl und Größe der einzelnen Pixel ist über die gesamte Zeile bzw. alle Spalten im Wesentlichen konstant.
Die Fovea centralis, auch Sehgrube genannt, ist ein eingesenkter Bereich im Zentrum des gelben Flecks auf der Netzhaut mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm bei einem erwachsenen Menschen, der sich durch eine hohe Flächendichte der Lichtrezeptoren aus zeichnet, die zusätzlich eine direkte neuronale Verschaltung aufweisen. Dabei weist die Fovea centralis ausschließlich Zap fen für das Tageslichtsehen auf, wobei überwiegend M-Zapfen für das grüne Spektrum und L-Zapfen für rotes Licht vorhanden sind.
Diese Anmeldung offenbart neuartige Konzepte, mit der das un terschiedliche Auflösungsvermögen des Auges berücksichtigt wird. Dazu gehören neben der Erzeugung unterschiedlicher Auf- lösung durch geeignete Optiken auch eine Lösung mit variabler Pixeldichte .
In dem folgenden Konzept soll ein Ansatz verfolgt werden, bei dem eine Lichtführungsanordnung bereitgestellt wird, welche das Auflösungsvermögen auf der Netzhaut des Auges berücksichtigt, und so die Anforderungen an ein m-Display hinsichtlich der Pi xeldichte und -Größe reduziert.
Die vorgeschlagene Lichtführungsanordnung umfasst hierbei min- destens einen optoelektronischen Bildgeber, insbesondere ein m- Display zur Erzeugung von mindestens einem ersten Bild und einem zweiten Bild. Weiterhin ist mindestens eine Abbildungsoptik vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Abbild des ersten Bildes mit einer ersten Auflösung auf einen ersten Be- reich der Netzhaut eines Auges des Benutzers zu projizieren und ein zweites Abbild des zweiten Bildes mit einer zweiten Auflö sung auf einen anderen, zweiten Bereich der Netzhaut zu proji zieren, wobei sich die erste Auflösung von der zweiten Auflösung unterscheidet .
Bei dem ersten Bild und dem zweiten Bild kann es sich um ein jeweiliges Bild einer Sequenz oder Abfolge von Bildern handeln. Bei den Bildern kann es sich insbesondere um wenigstens zwei aufeinanderfolgende Bilder einer Sequenz oder Abfolge von Bil- dern handeln, die vom Betrachter als eine Szene bzw. als ein Frame wahrgenommenen werden, wobei die einzelnen Bilder norma lerweise so schnell dargestellt werden, dass sie vom Auge nicht als einzelnen Bilder, sondern nur in ihrer Gesamtheit als Szene bzw. Frame wahrgenommen werden, es kann sich bei dem ersten und dem zweiten Bild auch im jeweils ein Teilbild oder Bildaus schnitt handeln, der zusammensetzt das ganze Bild ergibt. In diesem Fall kann das erste Bild ein erstes Teilbild mit der ersten Auflösung und das zweite Bild ein zweites Teilbild mit der zweiten Auflösung aufweisen. Somit ergibt sich im Auge des Betrachters jeweils das erste und das zweite Bild mit unter schiedlichen Auflösungen.
Bei der vorgeschlagenen Lichtführungsanordnung können das erste Abbild mit der ersten Auflösung auf den ersten Bereich und das zweite Abbild des zweiten Bildes mit der zweiten Auflösung auf den zweiten Bereich der Netzhaut projiziert werden. Unterschied liche Bereiche der Netzhaut lassen sich somit mit Abbildern beleuchten, deren Auflösungen an die physiologischen Möglich keiten der Netzhaut angepasst sind. Beispielsweise kann ein Abbild auf einen Außenbereich der Netzhaut mit einer verhält nismäßig geringen Auflösung projiziert werden, während ein wei teres Abbild auf einen zentralen Bereich der Netzhaut mit einer höheren Auflösung projiziert wird. Die vorgeschlagene Lichtführungsanordnung erlaubt es daher, für unterschiedliche Bereiche der Netzhaut unterschiedliche Auslö sungen der projizierten Bilder bereitzustellen, so dass Auflö sungen erreicht werden können, die für das Auge zu nicht mehr auflösbaren Pixeln führen. Andererseits kann ein sogenanntes Oversampling vermieden werden, da zum Beispiel die Auflösung an jeder Stelle der Netzhaut an die tatsächliche Rezeptordichte der Netzhaut angepasst sein kann. Somit ist es möglich, einen optoelektronischen Bildgeber einfacher auszuführen, da dieser nicht überall Bilder mit hoher Auflösung liefern muss.
Ein Abbild eines Bildes kann insbesondere nicht mit konstanter Auflösung über die Gesamtfläche der Netzhaut erzeugt werden. Vielmehr wird berücksichtigt, dass das Auflösungsvermögen des Auges in den Randbereichen der Netzhaut niedriger ist als im Zentrum. Dies ist insbesondere vorteilhaft gegenüber einem Sys tem, das ein Abbild mit konstanter Auflösung über die Gesamt fläche der Netzhaut erzeugt. Dort wird nämliche eine konstante Pixeldichte bereitgestellt, so dass dabei entweder die Auflö sung in den Randbereichen des Sehfelds höher ist als das Auge wahrnehmen kann, oder im Zentrum der Netzhaut die Auflösung zu niedrig ist, um eine gute Bildwahrnehmung zu ermöglichen.
In Bezug auf die Bereiche, in die ein jeweiliges Abbild, ins besondere für einen jeweiligen Frame, projiziert wird, kann ein sogenanntes Abtastverfahren zum Einsatz kommen, bei dem, ins besondere zur Erzeugung eines jeweiligen Gesamtbildes oder Fra mes, die gesamte Netzhaut nach und nach überstrichen wird. Die Bereiche, wie insbesondere der erste und zweite Bereich, sind daher kleiner als die Gesamtfläche der Netzhaut.
Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Abbild für einen Frame, insbesondere das erste oder zweite Abbild, die Gesamtfläche der Netzhaut ausfüllt. Wenigstens ein Bereich, wie etwa der erste Bereich oder der zweite Bereich, kann daher der Gesamtfläche der Netzhaut entsprechen.
Die Abbildungsoptik oder Komponenten davon und der Bildgeber können derart synchronisiert sein, dass sich wenigstens ein das erste und das zweite Bild umfassender Frame ergibt, den das Auge als ein Gesamtbild wahrnimmt. Es versteht sich, dass die Netz haut, das Auge und der Benutzer nicht Teil der optoelektroni schen Vorrichtung sind. Das von dem mindestens einen Bildgeber bzw. m-Display erzeugte erste und zweite Bild kann eine Gesamtzahl von Pixeln aufweisen, die auf den ersten und zweiten Bereich der Netzhaut projiziert werden und dort als erste beziehungsweise zweite Abbildung er scheinen. Die Auflösung des ersten und des zweiten Abbildes ergibt sich daher aus dem Verhältnis der Pixelanzahl und der Fläche des Bereichs, in den das jeweiligen Abbilds auf der Netzhaut projiziert wird. Jedem Abbild kann dabei eine Auflösung zugeordnet sein, mit der das Abbild auf den jeweiligen Bereich der Netzhaut projiziert wird.
Die von dem mindestens einen Bildgeber erzeugten Bilder haben entsprechend der Pixelanzahl des jeweiligen Bildgebers beim Verlassen des Bildgebers die gleiche Auflösung und erst durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Bildes durch die Ab bildungsoptik unterscheidet sich die Auflösung der jeweiligen projizierten Abbilder auf der Netzhaut. Gegenüber einer herkömmlichen Projektion eines Abbildes eines von einem Bildgeber, wie etwa DLP oder LCD, generierten Bildes auf der gesamten Netzhaut kann es die Lichtführungsanordnung nach diesem Konzept ermöglichen, dass mithilfe eines kompakte ren Bauteils als Bildgeber oder mit weniger Pixeln oder einer kleineren Bildgeberdiagonale ein Frame aus mehreren vom Auge nicht auflösbaren Bildern mit unterschiedlicher Auflösung, ent sprechend der Augenempfindlichkeit, auf die Netzhaut projiziert werden kann, ohne dabei das Seherlebnis einzuschränken. Solch ein Frame, welcher sich aus Bildern zusammensetzt, kann ebenfalls als Szene bezeichnet werden, wobei die Bilder gleich zeitig oder sequenziell auf die Netzhaut des Auges projiziert werden können. Eine Szene ist mit sequentiell dargestellten Bildern dabei normalerweise so schnell, dass sie vom Auge als ein einziges Gesamtbild wahrgenommen werden. Typische Bildwie derholfrequenzen sind 60 oder 120 Hz und die Anzeigedauer pro Bild ergibt sich als Bruchteil eines Frames, wobei pro Frame 2 bis 100 Bilder, bevorzugt 5 bis 50 Bilder dargestellt werden. Der Bildgeber, beispielsweise in Form eines m-Displays, kann dabei so ausgeführt sein, dass er eine Pixelgröße mit Abmessun gen im Bereich von wenigen pm, im Bereich von lOOpm x lOOpm oder darunter, aufweist. Derartige Pixelgrößen können mit Displays realisiert werden, die m-LEDs umfassen. Abstände zwischen zwei Pixeln können im Bereich von ca. 1 pm bis 5 pm liegen, die Pixelgröße selbst ist kleiner als 70pm und kann beispielsweise kleiner als 20pm sein oder im Bereich von 3 pm bis 10 pm liegen. Alternativ können derartige Pixelgrößen mit Displays realisiert werden, die auf einem monolithischen, pixelierten Array basie ren. Der Bildgeber kann daher als monolithisches Bauteil aus geführt sein, bei dem die einzelnen Pixel jedoch individuell angesteuert werden können. Bei dem Array kann es sich um ein RGB-Array handeln. Auch getrennte Arrays für jede Farbe, ins besondere RGB-Farbe, können vorgesehen sein. Die Pixel können zum Beispiel Größen im Bereich weniger pm bis maximal 50 pm aufweisen und fast nahtlos aneinander angrenzen. Bei derartigen Bildgebern kann die Anzahl an Pixeln im Bereich 1000 bis 50000 liegen, wobei die Pixel bevorzugt direkt angrenzend sind. Durch Verwendung von monolithischen Bildgebern lassen sich kompakte Bauteile realisieren. Der mindestens eine optoelektronische Bildgeber kann durch eine Anordnung von p-LEDs mit m x n Pixeln gebildet sein, m und n können dabei Werte zwischen einschließlich 50 und einschließ lich 5000, bevorzugt zwischen einschließlich 100 und einschließ lich 1000 annehmen. Die Größe der Pixel und der Abstand zwischen benachbarten Pixel (Pitch) können dabei konstant sein. Typische Werte für den Pitch können im Bereich zwischen einschließlich
1 pm und einschließlich 70 pm, bevorzugt zwischen einschließlich
2 pm und einschließlich 30 pm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 2 pm und einschließlich 10 pm, liegen.
Der mindestens eine optoelektronische Bildgeber kann Subpixel mit wenigstens einer Grundfarbe, bevorzugt jedoch Subpixel mit den drei Grundfarben rot, grün und blau (R,G,B) aufweisen. Sub pixel aller drei Grundfarben bilden ein Pixel. Die Zahl oder auch die Dichte pro Fläche der Subpixel kann unterschiedlich sein. Beispielsweise können mehrere grüne Subpixel vorgesehen sein, da das Auge vor allem im grünen Bereich sensitiv ist.
Ebenso ist die in dieser Anmeldung vorgeschlagenen Antennen- Struktur denkbar. Ebenso wären auch p-Rods wie hier offenbart oder auch optoelektronische Elemente mit dazwischen angeordne ten Farbstoffen möglich. Bei m-LEDS können die Abstände zwischen Pixeln auch größer sein. Da kommen beispielsweise Anordnungen in Frage, bei denen der Abstand zwischen benachbarten Pixeln im Bereich zwischen dem 1-fachen und dem 5-fachen der Pixelgröße liegt. Derartige formen und Ausführungen sind in dieser Anmel dung offenbart.
Mithilfe eines solchen Displays ist es möglich, ein Bild mit einer hohen Auflösung auf den gesamten Bildbereich der Netzhaut zu projizieren. Dies stellt allerdings hohe Anforderungen an die Fertigung und die Integration für derartige Displays, ins besondere, wenn Auflösungen im Bereich von HD (1920 x 1080 Bildpunkten) erreicht werden sollen. Die erfindungsgemäße Lichtführungsanordnung erlaubt die Verwendung von derart hoch auflösenden Displays als Bildgeber. Allerdings können auch Bild geber mit niedrigerer Auflösung eingesetzt werden, da - wie bereits dargelegt wurde - auf der Netzhaut eine höhere Auflösung erreicht werden kann.
Der erste Bereich, in welchem die erste, insbesondere höhere Auflösung erreicht wird, kann im Zentrum oder näher am Zentrum der Netzhaut liegen als der zweite Bereich, in dem die zweite, insbesondere niedrigere Auflösung erreicht wird. Die höhere erste Auflösung trägt der höheren Rezeptordichte im Zentrum der Netzhaut Rechnung.
Der erste und zweite Bereich können auf der Netzhaut so ange ordnet sein, dass der zweite Bereich den ersten Bereich kon- zentrisch umschließt. Entsprechend weist der erste Bereich im Zentrum der Netzhaut beispielsweise die Form eines Kreises auf. Dieser kann von dem wenigstens einen zweiten Bereich konzent risch, beispielsweise ringförmig, umschlossen werden. Die ein- zelnen Abbilder können sich auf der Netzhaut somit wie konzent rische Kreise umschließen, wobei auch eine teilweise Überlap pung möglich ist.
Die Abbildungsoptik kann eine Strahllenkungseinrichtung aufwei sen, welche Lichtstrahlen des ersten Bildes, zur Erzeugung des ersten Abbildes, auf den ersten Bereich der Netzhaut und Licht strahlen des zweiten Bildes, zur Erzeugung des zweiten Abbildes, auf den zweiten Bereich der Netzhaut lenkt. Durch die Strahl lenkungseinrichtung können Bilder, die von einem Bildgeber er zeugt werden, auf die jeweiligen vorgesehenen Netzhautbereiche projiziert werden. Dabei kann eine Steuerung vorgesehen sein, welche die Strahllenkungseinrichtung in Abhängigkeit von einem vom Bildgeber angezeigten Bild steuert.
Die Strahllenkungseinrichtung kann zur Strahllenkung mindestens einen beweglichen und/oder festen Spiegel oder ein vergleich bares reflektierendes Element aufweisen. Der bewegliche Spiegel kann beispielsweise um eine, zwei, drei oder mehr Achsen, be vorzugt um eine oder zwei Achsen, kippbar ausgeführt sein. Die Steuerung kann die Positionierung des Spiegels in Abhängigkeit von einem vom Bildgeber angezeigten Bild steuern.
Die Strahllenkungseinrichtung kann zur Strahllenkung mindestens eine und bevorzugt mindestens zwei Glasfasern aufweisen. Die Glasfasern können fest angeordnet sein. Je nach Bild können die von einem Bildgeber emittierten Lichtstrahlen in unterschied liche Glasfasern eingekoppelt werden. Jede Glasfaser kann dabei einen bestimmten, zugeordneten Bereich der Netzhaut ausleuch ten. Das Abbild eines Bildes erscheint daher auf dem Bereich der Netzhaut, welcher der Glasfaser zugeordnet ist, in die die Lichtstrahlen zu dem Bild eingekoppelt werden.
Die Abbildungsoptik kann mindestens eine Strahlformungseinrich tung aufweisen, welche die Lichtstrahlen des ersten und des zweiten Bildes auf den jeweiligen Bereich der Netzhaut fokus siert. Die Lichtstrahlen des ersten Bildes können dabei stärker fokussiert werden als die Lichtstrahlen des zweiten Bildes. Das aus dem ersten Bild auf der Netzhaut entstehende erste Abbild erscheint dadurch auf einer kleineren Fläche als das weniger stark fokussierte zweite Abbild. Für das erste Abbild ergibt sich daher eine höhere Auflösung als für das zweite Abbild.
Die Strahlformungseinrichtung kann wenigstens eine fokussie- rende bzw. vergrößernde Optik aufweisen, wobei wenigstens zwei verschiedene Vergrößerungen vorgesehen sein können, bevorzugt zwischen drei und zehn verschiedene Vergrößerungen. Die größte und kleinste Vergrößerung der Strahlformungseinrichtung können sich beispielsweise um einen Faktor zwischen 1,1 und 10, bevor- zugt zwischen 1,5 und 5, besonders bevorzugt zwischen 1,8 und 3, unterscheiden. Die Abbildungsoptik kann mindestens ein ers tes Strahlformungselement und ein zweites Strahlformungselement aufweisen. Das erste Strahlformungselement kann die Lichtstrah len des ersten Bildes und das zweite Strahlformungselement kann die Lichtstrahlen des zweiten Bildes fokussieren.
Das mindestens eine erste und zweite Strahlformungselement kann beispielsweise aus einer Linse, insbesondere aus einer Sammel linse und/oder einer Zerstreuungslinse, gebildet werden. Eben- falls ist es möglich, dass das mindestens eine erste und zweite Strahlformungselement aus einer segmentierten Linse ausgebildet ist, die eine Vielzahl von kleineren Sammellinsen und/oder Zer streuungslinsen aufweisen kann. Außer Linsen in klassischer Bauweise kommen auch andere geeignete, zum Beispiel flache, optische Elemente als Strahlformungselemente in Frage, bei spielsweise Metalinsen.
Das mindestens eine erste und zweite Bild können zeitlich nach einander, insbesondere auf demselben Bildgeber, dargestellt werden. Ein daraus sich für das Auge ergebendes, zusammenge setztes Gesamtbild kann auf der Netzhaut durch ein abrasterndes Verfahren erzeugt werden, da unterschiedliche Bereiche der Netz haut zu unterschiedlichen Zeiten ausgeleuchtet werden können. Dabei kann innerhalb einer Szene, die wenigstens das erste und das zweite Bild bzw. Abbild umfasst, die Netzhaut zumindest im Wesentlichen komplett ausgeleuchtet werden.
Das erste und das zweite Bild können zumindest im Wesentlichen gleichzeitig, insbesondere auf zumindest zwei unterschiedlichen Bildgebern, dargestellt werden. Es kann somit eine gleichzei tige Projektion des ersten Abbilds und des zweiten Abbilds auf die entsprechenden Bereiche der Netzhaut erfolgen. Hierzu wer den das erste und das zweite Bild zumindest in Wesentlichen gleichzeitig auf verschiedenen Bildgebern erzeugt und über eine jeweilige, zugeordnete Strahllenkungseinrichtung kann eine Pro jektion auf die vorgesehenen Netzhautbereiche erfolgen. Vor teilhaft daran ist, dass die Strahllenkungseinrichtungen ein fach ausgestaltet werden können, da zum Beispiel auf bewegliche Teile verzichtet werden kann. Außerdem kann durch die Abbildung der Bilder von mehreren Bildgebern auf zugeordnete Netzhautbe reiche auf einfache Weise auf jedem Bereich der Netzhaut eine angepasste Auflösung erzielt werden. Die optoelektronische Vorrichtung kann wenigstens eine Steue rung aufweisen, welche zur Steuerung der Abbildungsoptik in Abhängigkeit von einem jeweiligen vom Bildgeber bereitgestell ten Bild ausgebildet ist. Eine alternative Ausgestaltung, Bilder auf oder in das Auge eines Nutzers zu transferieren wird durch sogenannte Lichtfeld displays erreicht, die auch als virtuelle Netzhautanzeige (vir tual retinal display - VNA) bezeichnet werden. Im Gegensatz zu normalen Displays, die Abbildung auf eine Ebene unmittelbar vor dem Benutzerauge erzeugt, entsteht bei Lichtfelddisplays ein Bild innerhalb des Auges durch eine direkte Netzhautprojektion.
In den hier vorgestellten Konzepten wird vielmehr ein Licht- felddisplay vorgeschlagen, welches eine Optoelektronikvorrich tung zur Erzeugung eines Rasterbilds und ein Optikmodul für die direkte Netzhautprojektion des Rasterbilds in ein Benutzerauge umfasst. Zur Verbesserung der Bildauflösung unter Beibehaltung einer kompakten Baugröße beruht das vorgeschlagene Betriebsver- fahren auf der Erkenntnis, dass zusätzlich zu einem ersten auf die Netzhaut eines Benutzers flächig projizierten Rasterteil bild ein zweites Rasterteilbild, das eine höhere Auflösung und eine kleinere Ortsausdehnung als das erste Rasterteilbild auf weist, auf die Fovea centralis im Benutzerauge abgebildet wird.
Dabei deckt die Projektion zumindest die Fovea centralis ab und kann für Ausführungsvarianten auf einen weiteren Bereich um die Fovea centralis ein Bild zeichnen, der der Parafovea zugeordnet ist. Damit wird erreicht, dass ein gewisser Zentrierungsfehler des zweiten Rasterbilds relativ zur Lage der Fovea centralis im Benutzerauge nicht wahrgenommen wird. Zweckmäßigerweise ist ein maximaler Durchmesser des auf die Netzhaut projizierten zweiten Rasterteilbilds von 5 mm, bevorzugt von 4 mm und besonders be vorzugt von 3 mm.
Das Lichtfelddisplay umfasst in einigen Aspekten des vorge schlagenen Konzeptes eine ein erstes Rasterteilbild erzeugende erste bildgebende Einheit und eine ein zweites Rasterteilbild erzeugende zweite bildgebende Einheit. Das auf die Netzhaut projizierte Rasterbild umfasst das erste Rasterteilbild und das zweite Rasterteilbild. Mithin können weitere Rasterteilbilder vorliegen, die auf unterschiedliche Netzhautbereiche mit einer angepassten Auflösung abgebildet werden. Dabei sind Ausgestal tungen möglich, für die die Netzhautprojektionen der Raster- teilbilder überlappend ausgeführt werden. Für eine Ausgestaltung wird das netzhautprojizierte Rasterbild durch das erste Rasterteilbild und das zweite Rasterteilbild zusammengesetzt, wobei das erste Rasterteilbild im Bereich der Fovea centralis einen Dunkelbereich aufweist, in den das zweite Rasterteilbild mit höherer Auflösung durch eine Verstelloptik eingeblendet wird. Dabei ist die Verstelloptik so ausgebildet, dass die Relativlage der Netzhautprojektion des zweiten Raster teilbilds gegenüber der Netzhautprojektion des ersten Raster teilbilds einstellbar ist. Zu diesem Zweck weist eine vorteil- hafte Ausführung der Verstelloptik ein schaltbares Bragg-Gitter auf. Für eine weitere Ausgestaltung nach einigen Aspekten um fasst die Verstelloptik eine Alvarez-Linsenanordnung, insbeson dere eine drehbare Variante mit einer Moire-Linsenanordnung. Dabei wird die Strahlablenkung durch die erste Ableitung des jeweiligen Phasenplattenreliefs, das beispielsweise durch z = ax2 + by2 + cx + dy + e für die Durchstrahlungsrichtung z und die Querrichtungen x und y angenähert ist, und durch den Versatz der beiden paarweise angeordneten Phasenplatten in die Quer richtungen x und y bestimmt. Für weitere Ausführungsalternati- ven sind schwenkbare Prismen oder andere Elemente mit gleicher Funktionalität in der Verstelloptik vorgesehen.
Für eine weitere Ausführung weist das Optikmodul des Lichtfeld displays eine Kollimationsoptik für die erste bildgebende Ein- heit und/oder die zweite bildgebende Einheit auf. Bevorzugt wird die Verstelloptik wenigstens zum Teil in der Kollimationsoptik und besonders bevorzugt vollständig in der Kollimationsoptik angeordnet. In einigen Aspekten kann eine Verstelloptik wenigs tens zum Teil zwischen der Kollimationsoptik und einem Wellen- leiter vorliegen. Besonderes flach bauende Ausführungen verwen den eine Verstelloptik, die wenigstens zum Teil in einem Wel lenleiter oder zur Gänze in diesem angeordnet ist. Für das Lichtfelddisplay nach dem vorgeschlagenen Prinzip wer den die erste bildgebende Einheit und/oder die zweite bildge bende Einheit durch ein Leuchtdioden-Mikroarray gebildet. Dar aus ergibt sich der Vorteil, dass eine raumsparende Anordnung resultiert, da das m-LED-Modul bzw. ein m-Displays für die be sonders hohe Auflösung und dessen Ansteuerungskomponenten auf grund des begrenzten Projektionsbereichs kleinbauend ausgeführt werden können. Für eine Ausführung kann das m-LED Modul für die zweite bildgebende Einheit dadurch konstruktiv vereinfacht wer- den, dass zumindest die Zentralbereiche Pixel aufweisen, die Licht nur im grünen und roten Spektralbereich erzeugen, das durch die Zapfen der Fovea centralis detektiert werden kann.
Für eine Ausführung ist dem Lichtfelddisplay in einigen weiteren Aspekten eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Lage der Fovea centralis im Benutzerauge zugeordnet. Diese kann eine IR-Be- leuchtungseinrichtung zur Vermessung der Netzhaut umfassen. Insbesondere kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die die Lage der Fovea centralis durch ein bildgebendes Verfahren bestimmt. Möglich ist auch eine indirekte Lagebestimmung durch eine Mes sung der optischen Achse des Auges anhand der Pupillenstellung oder durch eine Ortsdetektion der besser sichtbaren Sehnerven papille auf der Netzhaut. Vom Zentrum der Sehnervenpapille aus liegt der Mittelpunkt der Fovea centralis beim durchschnittli- chen Erwachsenen in einem Querabstand von 4.5 mm (15°) lateral (schläfenseitig) und einem Vertikalversatz von 0,65 mm (2°10') proximal .
Für eine Weitergestaltung des Lichtfelddisplays erfolgt die Nachführung der Projektion des ersten Rasterteilbilds auf die Fovea centralis dynamisch und folgt damit der Blickrichtung des Benutzers. Zu diesem Zweck sind eine Augenbewegungsdetektions einrichtung und eine Regelungseinrichtung für die Verstelloptik vorgesehen. Für mögliche Ausführungen weist die Augenbewegungs- detektionseinrichtung eine bildgebende Messeinrichtung für die Fovea centralis oder einem anderen Bezugspunkt im Auge, wie die Pupillenachse oder die Sehnervenpapille, auf. Des Weiteren kann die Regelungseinrichtung zusätzlich eine Prädiktionseinrichtung aufweisen, der ein Modell der Augenbewegung hinterlegt ist und die zusätzlich die eingeblendeten Bilddaten verarbeitet. Dabei können bewegliche Objekte des Bildes, auf die der Benutzer mit größter Wahrscheinlichkeit die Blickrichtung lenkt, detektiert und diese Information in das Bewegungsmodell eingespeist wer den .
Ein weiteres Konzept basiert auf der Tatsache, dass das mensch liche Auge in seinem vollständigen Sehbereich nicht überall gleich gut sieht, sowohl bezogen auf die Farbwahrnehmung als auch auf die räumliche Auflösung. Im Besonderen variiert die Augenempfindlichkeit über den Sehbereich hinweg, so dass eine gute Ortsauflösung und eine gute Farbauflösung nur im Bereich des Zentrums eines Displays notwendig sind. Dadurch kann gegen über herkömmlichen Displays oder Pixelanordnungen der Stromver brauch gesenkt werden. Zudem ist die Realisierung eines kompak- teren Bauteils möglich, ohne das Seherlebnis einzuschränken.
Somit muss ein bildgebendes Element nur eine so gute Auflösung haben, wie für die jeweiligen Bereiche im Auge erforderlich ist. Die Anmeldung schlägt nun vor, ein bildgebendes Element mit einer variablen Pixeldichte vorzusehen und das Bild durch Ab scannen mit einer geeigneten Optik zu erzeugen. Beispielsweise umfasst das bildgebende Element ein lineares bildgebendes Ele ment mit variabler Pixeldichte und einer geeigneten Optik, so- dass durch Abscannen des Polarwinkels f das eigentliche Bild erzeugt wird. Durch eine Optik wird ein mittels Zeilenarray dargestellter Bildstreifen „rotiert", wodurch bei einem Be trachter ein kreisförmiges zweidimensionales Bild mit einer Pi xelauflösung entsteht. Diese nimmt mit zunehmendem Abstand vom Zentrum entsprechend der Empfindlichkeit des Auges ab. Das li neare bildgebende Element kann z.B. eine Anordnung von m-LEDs oder ein monolithisches pixeliertes RGB-Array sein. Letzteres ist ein monolithisches Bauteil, bei dem einzelne Bereiche in- dividuell angesteuert werden können. Die in dieser Anmeldung offenbarten Ausführungen von m-LEDs oder Modulen eignen sich besonders für eine solche Anordnung. Die Größe der m-LEDs bzw. Pixel sollte im Zentrum des Sehbereichs des Auges so klein wie möglich sein, um eine hohe Auflösung zu erzielen. In den Rand- bereichen ist dann eine deutlich gröbere Auflösung ausreichend, da hier auch die Empfindlichkeit des Auges geringer ist. Hier kann zusätzlich die Farbwiedergabe stark reduziert werden und im Extremfall ausschließlich auf grünes Licht beschränkt wer den, da in den Randbereichen auch die Farbwahrnehmung des Auges stark eingeschränkt ist.
In einigen Aspekten wird ein Pixelarray vorgeschlagen, insbe sondere für ein Display in Polarkoordinaten . Diese umfasst eine Vielzahl von Pixelelementen, die von einem Anfangspunkt ausge- hend auf einer Achse durch den Anfangspunkt in wenigstens einer Zeile angeordnet sind. Die Vielzahl von Pixelelementen weisen jeweils eine Höhe und eine Breite auf. Dabei ist zumindest die Breite der Pixel, definiert als der Abstand der Mitten zweier benachbarter Pixel, variabel und zwar derart, dass die Breite der Pixelelemente entlang der Zeile ausgehend vom Anfangspunkt hinweg zunimmt. Mit anderen Worten, werden die einzelnen Pi xelelemente breiter, je weiter sie von dem definierten Anfangs punkt entfernt sind. Diese Zeile, in einer Ausgestaltung auch zwei oder mehrere Zeilen übereinander kann für die Darstellung eines Displays verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird der Begriff „Pixel" bezeichnet ein adressierbares Bildelement einer vordefinierten Größe, welche mindestens eine Lichtquelle umfasst. Dabei kann die Lichtquelle die gleiche Größe aufweisen, wie das Pixel, jedoch auch kleiner sein. Somit kann die Zunahme der Breite durch unterschiedliche aktive Flächen der Lichtquelle im Pixel erreicht werden oder durch eine zunehmende Verdünnung. Mit anderen Worten wird mit zunehmenden Abstand die vordefi nierte Größe bei gleichbleibender Lichtfläche größer oder bei gleichbleibender vordefinierter Größe wird die lichtgebende Fläche kleiner.
In einem Aspekt kann nicht nur die Breite, sondern auch die Höhe variabel gestaltet sein. Die Pixel können beispielsweise auch eine variable Höhe aufweisen, die mit zunehmenden Abstand vom Anfangspunkt hinweg zunimmt.
Es kann vorgesehen sein, das von dem Zeilenarray ausgehende Licht (welches einen Lichtstreifen bildet) zu rotieren, so dass sich ein um den Anfangspunkt rotierender Lichtstreifen ergibt. Erfolgt diese Rotation ausreichend schnell, ergibt sich ein im wesentlichen kreisförmiges Display, der Fokusmittelpunkt des Auges liegt dabei im Wesentlichen im Anfangspunkt, der auch gleichzeitig den Rotationspunkt darstellt. In einer Ausgestal tung ist die variable Höhe so gewählt, dass die Position der Pixelelemente von einer Position zur nächsten Position aufgrund der Rotation des Lichtstreifens nebeneinanderliegen.
In einem Aspekt bildet der Anfangspunkt einen zentralen Mittel punkt und die Vielzahl von Pixelelementen sind symmetrisch um den Mittelpunkt entlang der Achse in einer Zeile angeordnet. Diese Ausführung ist ähnlich wie die oben genannte Ausgestal tung. Nur erfolgt eine Rotation nicht mehr um 360°, sondern lediglich um 180°, um ein vollständiges Bild zu erzeugen. Dadurch können höhere Bildwiederholraten bei gleicher Rotati- onsfrequenz erzielt werden. Alternativ lässt sich das optische System vereinfachen, da dieses nur in einem reduzierten Winkel bereich rotieren muss .
In einem weiteren Aspekt enthält das Array Pixel mehrerer Grund- färben, sodass ein mehrfarbiges Display realisiert werden kann. Dies geschieht wahlweise über eine alternierende Anordnung der Farben innerhalb derselben einen Zeile oder das Array umfasst weitere Zeilen oder- und/oder unterhalb der primären Zeile, die Pixel anderer Grundfarbe beherbergen. Ein farbiges Pixel kann auch durch ein Subpixel gebildet sein, wobei dann drei Subpixel unterschiedlicher Farbe zu einem Pixel zusammengefasst sind, dies ist der herkömmliche Ansatz bei m-Displays . Im vorliegenden Fall wird jedoch durch das unterschiedliche Lichterzeugungs und Führungskonzept der Einfachheit halber Pixel und Subpixel synonym verwendet.
Ein anderer Aspekt betrifft die unterschiedliche Farbwahrneh- mung des Auges, welches sich abhängig von der Position ebenso ändert wie die räumliche Auflösung. Generell kann dieser Aspekt auf verschiedene Weise realisiert werden. In einer Ausgestal tung weisen beispielsweise zwei benachbarte Pixel in einer Zeile eine unterschiedliche Farbe auf. So kann die Vielzahl der Pi xelelemente wenigstens drei unterschiedliche Farben umfassen, wobei die Anzahl von Pixeln (oder Subpixeln) der jeweiligen Farbe unterschiedlich sind. Dies können beispielsweise die Far ben Grün, Rot, Blau und Gelb sein. Um die abnehmende Farbsen- sitivität des Auges zu berücksichtigen, kann die Anzahl der Pixel unterschiedlicher Farbe mit zunehmenden Abstand ebenfalls variieren. So können beispielsweise Pixel der Farbe Grün mit zunehmenden Abstand vom Anfangspunkt häufiger Vorkommen als entsprechende Pixel anderer Farben.
Damit wird generell die Farbverteilung der Vielzahl von Pixeln entlang der Achse variiert. Beispielsweise sind die Farben im zentralen Bereich, d.h. nahe des Anfangspunktes gleich verteilt, weiter nach außen hin dominiert dann die Farbe, auf die das Auge noch empfindlich ist.
In einer alternativen Ausgestaltung ist eine erste Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in einer ersten Zeile angeordnet, eine zweite Anzahl von Pixelelementen ist in wenigstens einer zweiten Zeile angeordnet. Die Pixel in der ersten Zeile unter scheiden sich hinsichtlich ihrer Farbe von Pixeln in der zweiten Zeile. Es können drei oder auch vier Zeilen von Pixelelementen angeordnet sein, wobei die Pixel jeder Zeile unterschiedliche Farbe aufweisen.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass jede der wenigstens zwei Zei len Pixelelemente aller Farben aufweist. Diese sind aber unter- schiedlich von Zeile zu Zeile angeordnet, so dass das n-te Pixel einer jeden Zeile sich in der Farbe unterscheidet. Dies kann bei der Erzeugung eines Gesamtbildes durch Rotation der Zeilen zweckmäßig sein. In einer Ausgestaltung sind die Zeilen im Wesentlichen parallel zu einer Achse angeordnet. In einem Aspekt ist eine erste Zeile der wenigstens zwei Zeilen mittig auf der Achse angeordnet, eine zweite Zeile schließt sich dann unterhalb der mittig angeord neten Zeile an, eine weitere gegebenenfalls oberhalb. Jedoch ist es ebenso möglich, alle Zeilen in einen gemeinsamen An fangspunkt und mit einem definierten Winkel zueinander vorzu sehen. Dadurch ist jede Zeile entlang einer Achse angeordnet, die aber nicht parallel angeordnet sind. Beispielsweise können drei Zeilen einen gemeinsamen Anfangspunkt haben und einen Win- kel von 60° einschließen.
Einige weitere Aspekte betreffen eine Verteilung der Pixel un terschiedlicher Farbe. Dabei müssen in der ersten und wenigstens einen zweiten Zeile nicht die gleiche Anzahl Pixel vorhanden sein. Beispielsweise ist die erste Anzahl der Vielzahl von Pi xelelementen in der ersten Zeile unterschiedlich zu der zweiten Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in der wenigstens einen zweiten Zeile. So kann beispielsweise die aktive Fläche der Lichtquelle in den Pixeln der ersten Zeile und den Pixeln der zweiten Zeile unterschiedliche sein. Dieser Aspekt kann vor allem in einem Bereich der Zeilen, d.h. ab einem vordefinierten Abstand vom Anfangspunkt abhängig von der Sensitivität des Auges realisiert sein. Im Besonderen ist in einem Aspekt vorgesehen, dass wenigstens einige Pixel der ersten und zweiten Zeile die gleiche Breite aufweisen und ab einem n-ten Pixel der ersten Zeile die Breite unterschiedlich zu der Breite des n-ten Pixels der zweiten Zeile ist. In einer Ausgestaltung ist die eine Zeile oder die mehrere Zeilen als pixeliertes Array ausgeführt, bei dem jedes Pixel des Arrays einzeln angesteuert werden kann. Ein solches Array kann als monolithisches Bauteil ausgeführt sein. Alternativ können die einzelnen Pixelelemente auch durch m-LED implemen tiert sein.
Ein anderer Aspekt betrifft eine Pixelmatrix. Wie oben beschrie ben ist es für die Bildung eines Displays und eines Bildes ausreichend, ein Pixelarray zu verwenden und den von diesem Array erzeugten Lichtstreifen zu rotieren. In Aspekten wird nun ebenso eine Pixelmatrix mit wenigstens zwei Pixelarrays insbe sondere für ein Display in Polarkoordinaten vorgeschlagen. Die wenigstens zwei Pixelarrays besitzen einen gemeinsamen Mittel punkt, d.h. ihr jeweiliger Anfangspunkt ist der gleiche. Darüber hinaus bilden die beiden Pixelarrays einen definierten Winkel zueinander. Beispielsweise beträgt der Winkel zwischen den Pi xelarrays 90° bei zwei Pixelarrays, bei drei Pixelarrays kann der Winkel 60° betragen.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Displayanordnung in Polarko- ordinaten. Eine derartige Anordnung umfasst ein Pixelarray oder eine Matrix sowie ein optisches System zur Lichtumlenkung und Rotation des von dem Pixelarray im Betrieb erzeugten Licht streifens. Das optische System umfasst einen wenigstens um zwei Achsen beweglichen Spiegel, der in einer Hauptabstrahlrichtung des Pixelarrays oder der Pixelmatrix angeordnet ist und ausge führt ist, abgestrahltes Licht aus der in Zeile angeordneten Pixeln um einen zum dem Anfangspunkt korrespondierenden Punkt rotieren zu lassen.
Schließlich betrifft ein letzter Aspekt ein Verfahren zum Be treiben eines Pixelarrays oder einer Pixelmatrix. Dazu wird ein erster Lichtstreifen mit einer Vielzahl in einer Zeile angeord neter Pixelelementen erzeugt und dieser Lichtstreifen an einen Zielort geführt. Sodann wird ein zweiter Lichtstreifen erzeugt. Der zweite Lichtstreifen wird um einen bestimmten Winkel und einen Rotationspunkt rotiert, wobei der Rotationspunkt dem An fangspunkt der in einer Zeile angeordneten Pixelelemente ent spricht. Der so rotierte zweite Lichtstreifen wird sodann an den Zielort geführt. In einer Ausgestaltung erfolgt die Rotation des Lichtstreifens über einen oder mehrere Spiegel. Die Zeile kann eine einzelne oder mehrere Zeilen sein. Ebenso kann auch ein monolithisch integriertes pixeliertes Bauteil als derartige Zeile verwendet werden.
Ein anderer Gesichtspunkt bezieht sich auf die Ansteuerung der lichtemittierenden Elemente in einem m-LED Display. Der limi tierte verfügbare Platz unter den aktuellen Matrixelementen Pi xeln erfordert weitere Überlegungen über wie die individuellen Pixel zu adressieren und zu steuern sind. Konventionelle Ansätze und Techniken können wegen des limitierten Platzes nicht nutzbar sein. Dies kann auch für Konzepte gelten, in denen der Strom durch jeden Pixel gesteuert ist. Da der benötigte Platz für eine m-LED als Subpixel deutlich kleiner als bei normalen Pixeln ist, sind neuere Konzepte notwendig.
Daneben sollten Treiberschaltungen geeignet sein, die aktuellen Bildwechselfrequenzen von 60 Hz bis 240 Hz bereitzustellen. In diesem Zusammenhang ist es ebenso notwendig oder doch zumindest zweckmäßig einen großen Helligkeitsdynamikbereich (1:100.000) oder 100 dB pro einzelnem Pixel zu erreichen. Dieser Bereich ist notwendig, um auch bei verschiedenen äußeren Lichteinflüs sen im Bereich von Automotive oder Augmented Realityanwendungen einen ausreichenden Kontrast und Helligkeit des Bildes zu er- reichen.
Wegen der bereits erwähnten Größe der einzelnen m-LEDs sowohl bei pixelierten Displays als auch bei monolithischen Arrays erscheint eine digital erzeugte Pulsbreitenmodulation, PWM zweckmäßig zu sein. Dementsprechend sollte die Technologie in Bezug sowohl auf Pixelarraygröße als auch auf CMOS-Technologie- Prozessknoten skalierbar sein. Eine digital erzeugte PWM erlaubt zudem eine Kalibrierung auf Ungleichförmigkeit sowohl von Pi- xelarray als auch von Pixelstrom zu erreichen.
Eine digitale nichtlineare PWM kann digitale Codes verarbeiten, so dass die Pulsbreite durch eine nichtlineare Übertragungs funktion der Codes auf Pulsbreite erzeugbar ist. Im Folgenden werden verschiedene Konzept vorgestellt, die sowohl wegen ihrer besonderen Größe bzw. ihrer Skalierungsfähigkeit für die Imple mentierung in monolithischen Displays oder auch pixelierten Ar rays mit m-LEDs geeignet sind.
Typischerweise wird bei einer Implementierung mit einer Puls- weitenmodulation (PWM) eine Standardpixelzellenschaltung sehr schnell abwechselnd auf „aus" und „Nennstrom" geschaltet. Dazu werden wird bei herkömmlichen Schaltungen eine sogenannte 2T1C- Schaltung eingesetzt. Jedoch ist gerade bei Displays mit hoher Zeilen- und Spaltenzahl die Programmierfrequenz sehr hoch, um eine ausreichende genannte „Refreshrate" des Displays zu errei chen. Das Problem wurde in der Vergangenheit durch einen zweiten Transistor gelöst, der jedoch zusätzlich Platz verbraucht. Ge rade bei den hier dargestellten m-Displays bzw. auch dem Platz „unter" den m-LEDs ist der Platz eventuell nicht mehr ausrei- chend. Daneben kann je nach Verdrahtung (d.h. Position der m- LED innerhalb des Strompfades) eine höhere Ungenauigkeit und damit Intensitätsschwankungen auftreten. Entsprechend wird im Folgenden ein Stromtreiber für m-LEDs mit Backgate vorgestellt, der diese Probleme reduziert.
Gemäß einem hier beschriebenen Aspekt wird eine Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung und Stromversorgung einer m-LED vor geschlagen, welche eine Datensignalleitung, eine Schwellenwert leitung und eine Auswahlsignalleitung aufweist. Weiterhin ist eine m-LED vorgesehen, welche elektrisch in Serie zu einem Dual- Gate Transistor und zusammen mit diesem zwischen einem ersten und zweiten Potentialanschluss angeschlossen ist. Ein erstes Steuergate des Dual-Gate Transistors ist mit der Schwellenwert leitung verbunden. Die Vorrichtung weist ebenso eine Auswahl- halteschaltung mit einem Ladungsspeicher auf, der mit einem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit einem Stromleitungskontakt des Dual-Gate Transistors verbunden ist sowie mit einem Steuertransistor, dessen Steueranschluss mit der Auswahlsignalleitung verbunden ist.
Anstatt eines zusätzlichen Transistors für eine Pulsweitenmo dulation (PWM) kann nun das zusätzliche Steuergate eines Dual- Gate Transistors als ein bereits vorhandener Treiber-Transis tors mit einem PWM-Signal moduliert werden. Dabei wirkt der Dual-Gate Transistor in einigen Aspekten auch als Stromtreiber transistor .
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ebenso eine Vorrichtung vorge schlagen, wobei eine m-LED und ein Dual-Gate Transistor in Reihe in einem Strompfad angeordnet sind. Über eine Auswahlhalteschal- tung wird ein analoges Datenansteuersignal zur Farbsteuerung der m-LED mittels des Auswahlsignals an eine Seite des Dual- Gate Transistors angelegt. Mit einem eingekoppelten Pulsweiten modulationssignal an die andere Seite des Dual-Gate Transistors erfolgt eine Helligkeitssteuerung der m-LED. Vorteilhaft wird als Dual-Gate Transistor ein Backgate Transis tor verwendet.
Die Modulation des Backgates des Treiber-Transistors kann ebenso als Stellglied für die Stromregelstrecke verwendet werden, um ein Feedbacksignal, beispielsweise die Vorwärtsspannung der Leuchtdiode, zurückzuführen und so eine Stromgegenkopplung zu einer Leuchtdioden-Temperaturdrift zu erreichen. Durch eine Mo dulation der Spannung am Backgate des Treiber-Transistors kann ein Leuchtdioden-Strom einfach und vor allem platzsparend, ins besondere in der TFT (Thin Film Transistor ) -Pixelzelle pulswei tenmoduliert werden. Bei RGB-Zellen ergibt sich eine Ersparnis von drei Leistungstransistoren. Eine schwache Modulation der Spannung am Backgate kann verwendet werden, um den Strom in der m-LED, im Wesentlichen unabhängig von der m-LED-Temperatur zu machen. Dies ist insbesondere hilf reich, wenn eine NMOS-Zelle mit der m-LED auf der Low-Seite des Treiber-Transistors, wegen der gemeinsamen Kathode, verwendet wird. Derartige Zellen haben eine intrinsisch schlechte Strom genauigkeit, sodass mittels der Idee der vorliegenden Erfindung derartige Zellen deutlich verbessert werden können.
Dadurch kann zum einen eine Pulsweitenmodulation über das Back- gate des Haupttransistors anstatt über einen zusätzlichen Tran sistor, zusätzlich zum Haupttransistor erfolgen. Zum anderen erlaubt die Anwendung eines Backgate-Transistors in Displays eine Temperaturstabilisierung, indem das Backgate „nicht digi tal" mit Pulsweitenmodulation betrieben wird, sondern mit einer analogen Spannung. Diese wird aus der Vorwärtsspannung Vf der Leuchtdiode abgeleitet, die als Feedbackschleife einer Regelung benutzt wird. Eine derartige Temperaturstabilisierung verbes sert die Farbgenauigkeit und Stabilität der m-LED. In einigen Aspekten kann der Dual-Gate-Transistor einen Back- gate-Transistor umfassen, bei dem das Backgate das erste Steu ergate bildet. Dies ist eine kompakte Ausführung. Der Dual-Gate Transistor kann als ein Thin-film (Dünnschicht-) Transistor mit zwei gegenüberliegenden Steuergates ausgebildet werden. Dies ermöglich eine zuverlässige und kompakte Herstellung. Dabei kann das erste Steuergate des Dual-Gate Transistors zur Einstellung einer Schwellenspannung ausgeführt sein. Auf diese Weise ist eine Modulation ausführbar. Alternativ kann im Betrieb ein Schaltsignal (PWM-Signal) an dem ersten Steuergate anliegen. Damit ist eine einfache Helligkeitssteuerung ausführbar.
In weiteren Aspekten kann die m-LED mit dessen ersten Anschluss an den ersten Potentialanschluss angeschlossen sein, der Dual- Gate Transistor kann mit seinen Stromleitungskontakten zwischen einem zweiten Anschluss der m-LED und dem zweiten Potentialan schluss angeordnet sein. Die Auswahlhalteschaltung kann den La dungsspeicher aufweisen, der mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem zweiten Anschluss der m-LED verbunden ist. Diese Ausführung ist in NMOS-Technologie einfach herstellbar .
In weiteren Aspekten kann die m-LED mit dessen ersten Anschluss an einen zweiten Stromleitungskontakt des Dual-Gate Transistors und mit dessen zweiter Anschluss an den zweiten Potentialan schluss angeschlossen sein. Der Dual-Gate Transistor ist mit seinen Stromleitungskontakten zwischen einen ersten Anschluss der m-LED und den ersten Potentialanschluss geschaltet. Der Ladungsspeicher der Auswahlhalteschaltung ist mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem ersten Po tentialanschluss verbunden. Dadurch wirkt die Vorwärtsspannung der Leuchtdiode nicht auf eine Gate-Source-Spannung des Dual- Gate Transistors. Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Realisierung in P- Mos Technologie. Dort ist die m-LED mit dessen ersten Anschluss an den ersten Potentialanschluss angeschlossen und der Dual- Gate Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwischen ei- nen zweiten Anschluss der m-LED und den zweiten Potentialan schluss geschaltet. Die Auswahlhalteschaltung kann mit dem La dungsspeicher mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transis tors sowie mit dem zweiten Potentialanschluss verbunden sein. In einem weiteren Aspekt umfasst die Auswahlhalteschaltung ei nen weiteren Steuertransistor, der parallel zur m-LED verschal tet ist und dessen Steueranschluss mit der Auswahlsignalleitung verbunden sein kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Ladungsspeicher mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem ersten Potentialanschluss verbunden sein, und weiter eine Tem peraturkompensationsschaltung mit einer Gegenkopplung basierend auf der Erfassung einer Vorwärtsspannung durch die m-LED umfas- sen, wobei die Temperaturkompensationsschaltung ausgangsseitig die Schwellenwertleitung bilden kann. Dadurch lässt sich eine zusätzliche schwache Modulation auf den Backgate-Transistors einprägen . In einigen Aspekten kann die Temperaturkompensationsschaltung eine Steuerstrecke umfassen, die parallel zu dem Dual-Gate Tran sistor angeordnet sein kann, und zwei in Reihe geschaltete Stre cken aufweisen kann. Dies ist eine einfache Ausgestaltung. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann von einem Knoten zwischen den beiden gesteuerten mittels eines dritten Steuertransistors und eines vierten Steuertransistors bereitgestellten Strecken, die Schwellenwertleitung an das erste Steuergate des Dual-Gate Tran sistors angeschlossen sein. Mittels des Knotens kann wirksam das Backgate angesteuert werden. Gemäß einer weiteren Ausge- staltung kann der Steueranschluss des vierten Steuertransistors mit dem zweiten Potentialanschluss verbunden sein. Auf diese Weise ist das Gate des Transistors stabil auf das hohe Potential des zweiten Potentialanschlusses gesetzt.
Ein einem anderen Aspekt kann die Temperaturkompensationsschal- tung einen zweiten Ladungsspeicher umfassen, der an einen Steu eranschluss eines eine der beiden Strecken bereitstellenden Steuertransistoren und an den ersten Potentialanschluss ange schlossen sein kann. Damit kann die Gate-Spannung des dritten Transistors gepuffert werden.
Eine zweite Datensignalleitung ist mit dem zweiten Ladungsspei cher und dem dritten Steuertransistor gekoppelt. Ein Signal auf dieser Leitung dient zur Programmierung eines Gegenkopplungs faktors ausgestaltet sein, die mit sein kann. Mit der zweiten Datensignalleitung ist so auch eine Feineinstellung der Tempe raturkompensation ausführbar. Je nach Anwendung lässt sich diese Feineinstellung mittels eines weiteren Steuertransistors an- bzw. abschalten
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei der Temperaturkompensationsschaltung der Steueranschluss des drit ten Steuertransistors mit dem zweiten Potentialanschluss ver bunden sein. Damit wird die Gate-Spannung des dritten Steuer transistors vorteilhaft klar und stabil festgelegt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann parallel zur m-LED ein fünfter Steuertransistor angeschlossen sein, an dessen Steueranschluss im Betrieb ein Schaltsignal (PWM-Signal) anliegt. Auf diese Weise kann die Leuchtdiode direkt und ohne Ladungsspeicher insbesondere mittels Pulsweitenmodulation ein und aus geschaltet werden. Der Dual-Gate Transistor kann dann als temperaturstabilisierte Stromquelle arbeiten. Ebenfalls ist eine Steuerung für eine Helligkeitseinstellung oder ein Dimmen von Pixeln von Bedeutung. Ein derartiges Dimmen wird nicht nur im Automotivebereich benötigt, um beispielsweise zwischen Tag und Nachtsicht zu schalten, sondern auch bei AR Anwendungen. Grundsätzlich kann ein solches Dimmen zweckmäßig und vorteilhaft sein, wenn Kontraste angepasst werden müssen oder wenn äußeres Licht eine Regelung der Helligkeit eines Dis plays notwendig macht, um einen Benutzer nicht zu blenden, oder Information sicher zeigen zu können.
Aus den vorgenannten Gründen sind unterschiedliche technische Lösungen zur Ansteuerung von Leuchteinheiten mit LEDs bekannt, um insbesondere Displays auf unterschiedlichen Helligkeitsni veaus zu betreiben. So sind etwa Steuerschaltungen zur Steuerung von Matrixanzeigen bekannt, mit denen gezielt die einzelnen Pixel der aus mehreren Zeilen und Spalten gebildeten Reihen angesteuert werden. Ebenso sind Ansteuerungen bekannt, mit de nen gezielt der LED-Strom verringert bzw. gedimmt wird. Dieses sogenannte Stromdimmen kommt beispielsweise bei Displays mit Flüssigkristallanzeigen oder OLEDs zum Einsatz.
Wegen des nur geringen zur Verfügung stehenden Platzes sind Lösungen mit einer großen Anzahl von Komponenten nur schlecht realisierbar. Dies kann die Schaltungen teilweise sehr aufwen- dig machen. Ausgehend hiervon sollen die folgenden Aspekte die Ansteuerung einer Leuchteinheit mit LEDs zur Variation der Hel ligkeit derart weiterbilden, dass eine vergleichsweise einfa che, genaue und zuverlässige Veränderung der Helligkeit des von den LEDs ausgesandten Lichts erreicht wird. Insbesondere soll das oben angesprochene dimmen, bzw. der Betrieb in unterschied lichen Helligkeits- und Kontraststufen ermöglicht werden.
Somit wird eine Steuerungsschaltung zur Veränderung der Hellig keit einer Leuchteinheit vorgeschlagen, die über eine Span- nungsquelle zur Versorgung der Leuchteinheit mit elektrischer Energie und über wenigstens einen Energiespeicher verfügt. Letz ter stellt einen Strom für die Leuchtmittel der Leuchteinheit ein. Ferner ist ein Steuerelement vorgesehen, das eine Spannung eines von der Spannungsquelle erzeugten Spannungssignals, auf dessen Grundlage ein durch die wenigstens eine LED fließender LED-Strom einstellbar ist, zeitweise verändert. Nach dem vor geschlagenen Prinzip ist die Steuerungsschaltung derart weiter gebildet worden, dass das Steuerelement eingerichtet ist, um die Leuchteinheit auf wenigstens zwei unterschiedlichen Hellig- keitsniveaus zu betreiben, indem während einer Periode, also in einem sich wiederholenden Zeitraum, ein erstes und ein zweites Spannungssignal, die unterschiedliche Spannungen aufweisen, an die Leuchteinheit übertragen werden und das Helligkeitsniveau in Abhängigkeit der Spannung des ersten Spannungssignals ein- stellbar ist.
Wesentlich für dieses Konzept ist somit, dass die Leuchteinheit mit einem gepulsten Spannungssignal beaufschlagt wird, wobei die wenigstens eine m-LED der Leuchteinheit in Abhängigkeit des Spannungssignals von einem Strom durchflossen wird, der ein Leuchten der LED bewirkt. Während einer Periode sind hierbei auf vorteilhafte Weise ein erstes Spannungssignal, insbesondere ein Einschaltspannungssignal, und ein zweites Spannungssignal, insbesondere ein Ausschaltspannungssignal, vorgesehen, wobei die wenigstens eine in der Leuchteinheit vorgesehene LED während des Anliegens des ersten Spannungssignals mit einem zur Spannung proportionalen Strom versorgt bzw. von einem zur Spannung pro portionalen Strom durchflossen wird. Grundsätzlich unerheblich ist es hierbei, ob die Leuchteinheit über eine oder aber über eine Mehrzahl von LEDs verfügt. Das Schaltelement weist in einem Aspekt einen Transistor auf, über den die wenigstens eine LED der Leuchteinheit in Abhängigkeit des jeweiligen Spannungssig nals mit elektrischer Energie versorgt wird und von einem LED- Strom durchflossen wird, sodass diese vorzugsweise sichtbares Licht emittiert. Nach dem vorgeschlagenen Konzept erfolgt die Ansteuerung der Leuchteinheit derart, dass innerhalb einer Periode zunächst in einer ersten Phase der Periode ein erstes Spannungssignal und im Anschluss daran in einer zweiten Phase der Periode ein zwei- tes Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen wird, wobei in Abhängigkeit der Spannung des jeweiligen Spannungssignals ein Stromfluss durch die wenigstens eine LED der Leuchteinheit bewirkt wird. Von Bedeutung hierbei ist, dass die Spannung bzw. der Spannungswert des zweiten Spannungssignals deutlich gerin- ger ist als die Spannung des ersten Spannungssignals. Vorzugs weise ist die Spannung des zweiten Spannungssignals zumindest nahezu gleich null.
In der ersten Phase der Periode, in der das erste Spannungssig- nal an die Leuchteinheit übertragen wird, wird der Energiespei cher der Leuchteinheit geladen. Gleichzeitig fließt hierbei ein Strom mit einer zur Spannung des Spannungssignals proportiona len Stromstärke durch die LED, die hierauf sichtbares Licht emittiert. Während in der zweiten Phase der Periode das zweite Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen wird, wird das Potenzial im Energiespeicher, bevorzugt einem Kondensator, auf rechterhalten, sodass bis zum Beginn der darauffolgenden Peri ode ein hierdurch bedingter Strom durch die LED fließt, die somit weiterhin Licht emittiert. Auch wenn die Stärke des wäh- rend der ersten Phase der Periode durch die LED fließenden
Stroms theoretisch gleich der Stärke des während der zweiten Phase der Periode durch die LED fließenden Stroms sein sollte, ist dies in der Praxis nicht der Fall. Dies ist darauf zurück zuführen, dass die Steuerungsschaltung zusätzlich zur Kapazität des Energiespeichers, insbesondere eines Kondensators, übli cherweise eine zweite Kapazität aufweist und auf diese Weise ein kapazitiver Spannungsteiler geschaffen wird, sodass die Spannung am Energiespeicher während der zweiten Phase der Pe riode gegenüber der Spannung während der ersten Phase der Pe- riode abgesenkt ist. Eine derartige zweite Kapazität wird bei spielsweise durch die Kapazität des Transistors, insbesondere die sogenannte Gate-Source-Kapazität , bereitgestellt. In diesem Zusammenhang ist es für durchaus von Bedeutung, dass sich die Stärke des während der ersten Phase der Periode, in der das erste Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen wird, durch die LED fließenden Stroms von der Stärke des während der zweiten Phase der Periode, in der das zweite Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen wird, durch die LED fließenden Stroms unterscheidet, nämlich kleiner ist. Ein Betrachter wird diesen Unterschied, der zu einem Unterschied der maximalen Hel ligkeit der LED während einer Periode führt, allerdings nicht erkennen, sondern nur die über die Periode gemittelte Licht- leistung wahrnehmen.
Um diesen Effekt auf geeignete Weise für die Ansteuerung von Leuchteinheiten, die beispielsweise in Displays verwendet wer den, zu nutzen, ist es von Vorteil, wenn das erste und das zweite Spannungssignal mit einer Frequenz von 60 Hz, die der üblichen Bildwiederholfrequenz von Displays entspricht, wieder holt werden. Dies bedeutet, dass innerhalb einer Sekunde jeweils sechzigmal ein erstes und ein zweites Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen werden, wobei die wenigstens eine LED der Leuchteinheit in Abhängigkeit der Spannung des jeweiligen Spannungssignals von einem LED-Strom durchflossen wird.
In weiteren Aspekten ist vorgesehen, dass die m-LED, während das zweite Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen wird, aus einem als Kondensator ausgebildeten Energiespeicher mit der zur Anregung einer Lichtemission erforderlichen elektrischen Energie versorgt wird. Da die Spannung des Kondensators gegen über der ersten Phase der Periode abgesenkt ist, wird die LED in diesem Betriebszustand von einem Strom mit im Vergleich zur ersten Phase der Periode geringeren Stärke durchströmt, sodass die m-LED weniger hell leuchtet.
Weiterhin ist es auf diese Weise denkbar, dass das Steuerelement eingerichtet ist, um das erste Spannungssignal mit einem Tast grad von 0,0025 bis 0,003 zu erzeugen, wobei der Tastgrad dem Verhältnis der Dauer des ersten Spannungssignals zur Dauer der Periode entspricht. Der Tastgrad gibt somit das Verhältnis der Dauer des ersten Spannungssignals zur Periodendauer an. Bei einer Widerholfrequenz für das erste und das zweite Spannungs signal von 60 Hz bedeutet dies, dass das Steuerelement gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung derart eingerichtet ist, dass eine Periode, innerhalb der das erste und das zweite Span nungssignal an die Leuchteinheit übertragen werden, 0,0166 s oder 16,6 ms lang ist. In einer bevorzugten Weiterbildung wird das erste Spannungssignal für eine Zeitdauer von maximal 0,050 ms an die Leuchteinheit übertragen, was einem Tastgrad von etwa 0,003 oder 1:333 entspricht. Das zweite Spannungssignal wird in diesem Fall über eine Zeitdauer von 16,6 ms an die Leuchteinheit übertragen. Der Tastgrad in Bezug auf dieses Signal ist daher näherungsweise gleich 1.
Da die von einem Betrachter wahrgenommene Helligkeit einer LED von der während einer Periode emittierten mittleren Helligkeit oder Lichtleistung abhängt, hat ein Stromfluss in der LED wäh rend der zweiten Phase einer Periode und damit der Anteil des Lichts, der von der wenigstens einen LED in der zweiten, ver gleichsweise langen Phase der Periode emittiert wird, einen erheblichen, überproportionalstarken Einfluss auf die mittlere Lichtleistung einer LED der Leuchteinheit.
Nach einigen Aspekten ist es denkbar, dass die Steuerungsschal tung eingerichtet ist, um die Leuchteinheit auf einem ersten, dunkleren Helligkeitsniveau zu betreiben, indem die Spannung des ersten Spannungssignals auf einen innerhalb eines ersten Spannungsintervalls liegenden Spannungswert eingestellt wird und um die Leuchteinheit auf wenigstens einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau zu betreiben, indem die Spannung des ersten Spannungssignals auf einen innerhalb wenigstens eines zweiten Spannungsintervalls, dessen Spannungen höher als die des ersten Spannungsintervalls sind, liegenden Spannungswert eingestellt wird. Gemäß dieser Ausführungsform sind für die Ansteuerung einer Leuchteinheit somit zwei Spannungsintervalle oder Span nungsbereiche vorgesehen, die jeweils unterschiedliche Spannun- gen aufweisen, mit denen das erste Spannungssignal erzeugt wird, und die sich auf unterschiedlichen Spannungsniveaus befinden. In Abhängigkeit der Höhe der Spannung des ersten Spannungssig nals wird die Leuchteinheit somit entweder auf einem ersten, dunkleren Helligkeitsniveau oder auf einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau betrieben. Soll die Leuchteinheit auf dem helleren Helligkeitsniveau betrieben werden, erfolgt die An steuerung der Leuchteinheit auf der Grundlage eines ersten Span nungssignals, dessen Spannung in dem zweiten Spannungsintervall und somit in demjenigen Spannungsintervall liegt, das die hö- heren Wert aufweist.
In einem anderen Aspekt ist das Steuerelement eingerichtet, um die Leuchteinheit bei gezielter Variation der Spannung des ers ten Spannungssignals innerhalb eines der wenigstens zwei fest- gelegten Spannungsintervalle auf dem gleichen Helligkeitsniveau zu betreiben. Dies bedeutet, dass auf vorteilhafte Weise das erste Spannungssignal, insbesondere dessen Spannung, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perioden nur derart stark variiert wird, dass die entsprechende Spannung noch innerhalb des glei- chen Spannungsintervalls liegt und sichergestellt wird, dass die Leuchteinheit trotz einer leichten Änderung der Helligkeit immer noch auf dem gleichen Helligkeitsniveau betrieben wird. Es ist somit möglich, die Leuchteinheit, insbesondere die we nigstens eine innerhalb der Leuchteinheit vorgesehene LED, auf wenigstens zwei verschiedenen Helligkeitsniveaus zu dimmen, also auf wenigstens zwei unterschiedlichen Helligkeitsniveau jeweils einen zumindest weitgehend stufenlosen Bereich vorzu sehen, in dem die Helligkeit der wenigstens einen LED einer Leuchteinheit gezielt verändert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Spannungsintervall oder der erste Spannungsbereich Span nungswerte zumindest im Bereich von 1,3 V bis 3,0 V aufweist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Spannungs- intervall oder der zweite Spannungsbereich Spannungswerte zu mindest im Bereich von 4,0 V bis 10,0 V aufweist. Auf diese Weise werden zwei Bereiche auf unterschiedlichen Helligkeits niveaus realisiert, innerhalb derer die Helligkeit der Leucht einheit nochmals gezielt stufenlos verändert bzw. gedimmt wer- den kann.
Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Ausgestaltung kann wie derum der Gedanke berücksichtigen werden, dass - sobald ein vergleichsweise kleines erstes Spannungssignal an der Leucht- einheit anliegt - der gesamte während einer Periode durch die LED fließende Strom maßgeblich von dem Strom bestimmt wird, der während der ersten Phase der Periode, in der das erste Span nungssignal an der Leuchteinheit anliegt, durch die LED fließt. In diesem Fall wird die Leuchteinheit mit einer vergleichsweise niedrigen Helligkeit betrieben und die Emission von Licht auf grund eines Stromflusses durch die LED, der durch das zweite Spannungssignal, das in der zweiten Phase der Periode an der Leuchteinheit anliegt, bewirkt wird, kann in diesem Betriebs zustand vernachlässigt werden.
Wird an die Leuchteinheit dagegen ein erstes Spannungssignal mit einer vergleichsweise hohen Spannung übertragen, wird der insgesamt während einer Periode durch die LED fließende Strom maßgeblich durch den Strom bestimmt, der während der zweiten Phase, also während das zweite Spannungssignal an der Leucht einheit anliegt, durch die LED fließt. In diesem Fall wird die Leuchteinheit auf einem hohen Helligkeitsniveau betrieben und ist in diesem Bereich durch gezielte Variation des ersten Span- nungssignals dimmbar.
Die vorgestellte Steuerungsschaltung lässt sich, in einem Dis play oder einem Monitor zur Bilderzeugung verwenden. Diese kön nen Teil eines größeren Bildschirms oder Anzeigevorrichtung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Auch eine Realisierung in einer AR oder VR Brille oder einem anderen Gerät ist denkbar. Wesentlich hierbei ist wiederum, dass eine Ansteuerung zum Ein satz kommt, die den Betrieb eines Displays oder eines Monitors auf wenigstens zwei unterschiedlichen Helligkeitsniveaus ermög- licht.
Neben einer speziell ausgebildeten Steuerungsschaltung betref fen einige Aspekte auch ein Verfahren zur gezielten Veränderung der Helligkeit einer Leuchteinheit, bei dem eine Spannungsquelle die Leuchteinheit mit elektrischer Energie versorgt und wenigs tens eine LED als Leuchtmittel der Leuchteinheit zumindest zeit weise aus einem Energiespeicher der Leuchteinheit mit elektri scher Energie versorgt wird. Ferner wird bei diesem Verfahren zumindest zeitweise ein Spannungssignal an die Leuchteinheit übertragen und der durch die wenigstens eine LED fließende LED Strom auf der Grundlage des Spannungssignals eingestellt.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Leuchteinheit auf wenigstens zwei unterschiedlichen Helligkeitsniveaus be- trieben wird, indem während einer Periode ein erstes und ein zweites Spannungssignal, die unterschiedliche Spannungen auf weisen, an die Leuchteinheit übertragen werden und das Hellig keitsniveau in Abhängigkeit der Spannung des ersten Spannungs signals eingestellt wird. Erfindungswesentlich ist wiederum, dass die Helligkeit einer LED, die maßgeblich durch den insge samt während einer Periode durch wenigstens eine LED fließenden Strom bestimmt wird, durch Übertragen eines ersten Spannungs signals, das in einer ersten Phase der Periode an die Leucht- einheit übertragen wird, gezielt veränderbar ist. Zur Ansteue rung der Leuchteinheit wird in einer ersten Phase der Periode ein erstes Spannungssignal an die Leuchteinheit angelegt, so- dass zunächst, während das erste Spannungssignal an der Leuch teinheit anliegt, der Energiespeicher der Leuchteinheit geladen und die wenigstens eine LED der Leuchteinheit von einem zur Spannung des Spannungssignals proportionalen Strom durchflossen wird. In einer zweiten Phase der Periode wird ein zweites Span nungssignal mit einer im Vergleich zu der Spannung des ersten Spannungssignals deutlich abgesenkten Spannung, die vorzugs- weise nahe null ist, an die Leuchteinheit übertragen. Hierdurch wird zunächst das Potenzial des Energiespeichers, insbesondere eines Kondensators, abgesenkt, wodurch auch die Stärke des Stroms, der durch die LED fließt, entsprechend abgesenkt wird. Im Vergleich zur ersten Phase der Periode leuchtet die LED somit in der zweiten Phase weniger hell, dies allerdings über einen vergleichsweise langen Zeitraum. Hierbei kann die Leuchteinheit in Abhängigkeit der Höhe des Spannungswerts des ersten Span nungssignals auf einem hohen Helligkeitsniveau mit vergleichs- weise hoher mittlerer Lichtleistung oder auf einem niedrigen Helligkeitsniveau mit vergleichsweise niedriger mittlerer Lichtleistung betrieben werden. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass bei einem ersten Spannungssignal mit ver gleichsweise niedriger Spannung der Einfluss der ersten Phase der Periode auf die mittlere Lichtleistung der LED vergleichs weise hoch ist, während bei einem ersten Spannungssignal mit hohem Spannungswert die zweite Phase der Periode, in der das zweite Spannungssignal an der Leuchteinheit anliegt, von ent scheidender Bedeutung für die mittlere Lichtleistung der LED ist. Auf diese Weise ist vorgesehen, dass die LED der Lichteinheit, während das zweite Spannungssignal an der Leuchteinheit anliegt, aus einem als Kondensator ausgeführten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Im Übrigen ist es von Vor teil wenn die Leuchteinheit wenigstens zeitweise auf einem ers ten, dunkleren Helligkeitsniveau betrieben wird, indem die Span nung des ersten Spannungssignals auf einen in einem ersten Span nungsintervall liegenden Spannungswert eingestellt wird und die Leuchteinheit zumindest zeitweise auf wenigstens einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau betrieben wird, indem die Spannung des ersten Spannungssignals auf einen innerhalb wenigstens ei nes zweiten Spannungsintervalls, dessen Spannungen höher als die des ersten Spannungsintervalls sind, liegenden Spannungs wert eingestellt wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perioden die Spannung des ersten Span nungssignals variiert wird, ohne das Helligkeitsniveau, auf dem die Leuchteinheit betrieben wird, zu verändern. Es erfolgt somit eine Variation der mittleren Lichtleistung einer LED, während diese auf einem gleichbleibenden Helligkeitsniveau betrieben wird. Die Spannung des ersten Spannungssignals wird somit zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Perioden innerhalb des für das entsprechende Helligkeitsniveau vorgesehenen Spannungsinter valls oder Spannungsbereichs verändert.
Neben der Frage einer Temperaturstabilität und einer Drift einer Einsatzspannung bzw. eines Stroms durch die Diode aufgrund von Prozessschwankungen ist auch die verwendete Pulsmodulation ein zu berücksichtigender Gesichtspunkt. In aktuellen Displays wer den die Leuchtdioden meist in Pulsweitenmodulation betrieben, d.h. in schneller Folge zur Kontrast und Helligkeitseinstellung ein- und ausgeschaltet. Die Frequenz beträgt dabei einige 100kHz bis in den MHz Bereich. Die Schaltvorgänge wirken auf die Strom quelle zurück. Dadurch können die Präzision sowie die Stabilität der Stromquelle leiden. Bei Regelschleifen innerhalb der Strom quelle führen die Schaltvorgänge zu Spikes oder anderem Verhal ten, welche die Regelschleife aus ihrem Regelbereich bringen können .
Diesen Überlegungen folgend wird eine geregelte Stromquelle für m-LEDs vorgeschlagen, die eine Stromquelle derart regelt, dass deren Ausgangstrom auch während einer PWM Modulation und ins besondere während der Schaltvorgänge in ihrem Regelzustand ver- bleibt und einem Sollwert folgt. Die Stromquelle und insbeson dere die Rückkoppelschleife eignet sich
Dazu wird der Ausgangstrom oder ein davon abgeleitetes Signal der Regelschleife zugeführt, die dieses mit dem Sollwert ver- gleicht. Wird die Stromquelle nun ausgeschaltet, bzw. in einem On/Off Betrieb ( intermitierender Betrieb) betrieben, so wird, während der Ausgangsstrom abgeschaltet ist, ein Ersatzsignal der Regelschleife zugeführt. Das Ersatzsignal hält die Regel schleife in ihrem Aussteuerbereich. Zweckmäßigerweise ent- spricht das Ersatzsignal einem zu erwartenden Ausgangstrom oder dem davon abgeleiteten Signal, bzw. ist zu diesem ähnlich. Ins gesamt wird auf diese Weise eine kontinuierliche Regelung im Aussteuerbereich unabhängig vom Schaltzustand einer Stromquelle erreicht. Die Präzision und Stabilität der Versorgungsschaltung bleibt erhalten.
In einer Ausgestaltung wird eine Versorgungsschaltung vorge schlagen, welche einen Fehlerkorrekturdetektor mit einem Refe renzsignaleingang, einem Fehlersignaleingang sowie einem Kor- rektursignalausgang umfasst. Des Weiteren ist eine regelbare Stromquelle mit Stromausgang und einem Kontrollsignalanschluss vorgesehen. Der Kontrollsignalanschluss ist mit dem Korrektur signalausgang unter Bildung einer Regelschleife für die steu erbare Stromquelle verbunden. Mit anderen Worten regelt der Fehlerkorrekturdetektor den Ausgangstrom der Stromquelle in be stimmten Grenzen. Die Stromquelle ist somit ausgeführt, einen Strom am Stromausgang in Abhängigkeit eines Signals am Kon- trollsignalanschluss bereitzustellen.
Die Versorgungsschaltung umfasst nach dem vorgeschlagenen Prin zip eine Ersatzquelle mit einem Ausgang, welche ausgestaltet ist, ein Ersatzsignal bereitzustellen. Schließlich ist eine Schaltvorrichtung in Wirkverbindung mit der regelbaren Strom- quelle und dem Fehlerkorrekturdetektor angeordnet, so dass die Schaltvorrichtung in Abhängigkeit eines Schaltsignals dem Feh lersignaleingang entweder ein von dem Strom am Stromausgang abgeleitetes Signal oder das Ersatzsignal bei zusätzlicher Tren nung des Stromausgangs der Stromquelle zuführt. Mit anderen Worten ist die Schaltvorrichtung mit der regelbaren Stromquelle und dem Fehlerkorrekturdetektor gekoppelt und ausgeführt ent weder ein von dem Strom am Stromaus-gang abgeleitetes Signal oder das Ersatzsignal dem Fehlersignal-eingang zuzuführen. Zu sätzlich ist die Schaltvorrichtung ausgeführt, in letzterem Fall den Stromausgang stromlos zu schalten.
Damit wird eine Anordnung geschaffen, welche die Regelschleife unabhängig von dem Betriebszustand der Stromquelle in einem Aussteuerbereich hält. Die Stromquelle kann somit neben der Regelung durch die Regelschleife und den Fehlerkorrekturdetek- tor auch in einem PWM oder einem anderen intermittierenden Modus betrieben werden.
Es ist zweckmäßig, wenn das Ersatzsignal im Wesentlichen dem vom Stromsignal abgeleiteten Signal entspricht. Auf diese Weise wird der Regelschleife und speziell dem Fehlerkorrekturdetektor ein Signal vorgeben, dass sich kaum von dem der Stromquelle unterscheidet, so dass die Regelung und die Aussteuerung intakt bleiben . In einem Aspekt weist die regelbare Stromquelle einen Strom spiegel mit einem schaltbaren Ausgangszweig auf. Dieser ist mit dem Stromausgang verbunden oder bildet diesen. Der Ausgangszweig kann einen oder mehrere Ausgangstransistoren umfassen, deren Steueranschlüsse bzw. Gates mit einem Steueranschluss eines eingangsseitig angeordneten Stromspiegeltransistors verbunden sind .
In einem weiteren Aspekt ist der Ausgangstransistor des Aus- gangszweiges, mit seinem Steueranschluss an die Schaltvorrich tung angeschlossen. Die Schaltvorrichtung ist ausgeführt, in Abhängigkeit des Schaltsignals des Ausgangstransistors mit ei nem festen Potential zur Öffnung des Ausgangstransistors zu verbinden oder den Steueranschluss mit dem Steueranschluss des eingangsseitig angeordneten Stromspiegeltransistors. Wenn der Steueranschluss auf dem festen Potential liegt, öffnet bzw. sperrt der Ausgangs-transistor, d.h. er leitet keinen Strom mehr und der Verbraucher sowie der Ausgang der Versorgungschaltung wird stromlos geschaltet.
In einem anderen Aspekt ist die Schaltvorrichtung in dem Aus gangszweig angeordnet, und ausgeführt, den Stromausgang bzw. Ausgangstransistoren von dem Verbraucher zu trennen. Dabei ist der Abgriff für den Fehlersignaleingang des Fehlerkorrektur- detektors zwischen Schaltvorrichtung und Verbraucher angeord net .
In einem weiteren Aspekt weist die regelbare Stromquelle einen Eingangszweig auf. Dem eingangszweig ist ein Referenzstromsig- nal zuführbar, so dass die Stromquelle einen davon abhängigen Ausgangstrom liefert. Der Eingangszweig der regelbaren Strom quelle umfasst weiterhin einen Knoten, welcher mit dem Refe- renzsignal-eingang des Fehlerkorrekturdetektors verbunden ist. Dadurch kann beispielsweise der Referenzstrom, welcher der Stromquelle zur Ableitung des Ausgangstroms zugeführt wird auch als Referenzsignal für den Fehlerkorrekturdetektor dienen.
Die regelbare Stromquelle kann zudem einen Stromspiegel umfas- sen, wobei der Kontrollsignalanschluss mit dem Steueranschluss eines Ausgangstransistors des Stromspiegels verbunden ist. Dadurch kann ein Strom durch den Ausgangstransistor mit einem Kontrollsignal verändert werden und so eine Regelung erfolgen. Eine Kopplung des Steueranschlusses des Ausgangstransistors des Stromspiegels mit dem Stromspiegeltransistor des Stromspiegels erfolgt über einen Kondensator in Mitkopplung. Der Kondensator dient zu einer Frequenzkompensation und verbessert so die Sta bilität der Regelung. Ein anderer Aspekt betrifft den Differenzverstärker. Dieser kann einen Differenzverstärker umfassen, dessen beide Zweige über einen Stromspiegel miteinander an ein Versorgungspotential an geschlossen sind. Optional können die beiden Zweige des Diffe- renz-verstärkers jeweils einen Eingangstransistor umfassen, welche unterschiedliche geometrische Parameter aufweisen. Zu sammen mit dem Stromspiegel können so unterschiedliche feste Faktoren zwischen Referenz- und Fehlersignal berücksichtigt werden . In einem weiteren Aspekt umfasst die Ersatzquelle ein mit dem Ausgang gekoppeltes Element zur Spannungserzeugung, so dass das Ersatzsignal im Wesentlichen dem vom Stromsignal abgeleiteten Signal entspricht. Dadurch kann das Ersatzsignal den im regu lären Betrieb durch den Verbraucher fließenden Strom simulieren und so die Regelschleife im Aussteuerbereich halten.
Die Ersatzquelle kann eine Reihenschaltung aus einem stromge benden Element und einem spannungsgebenden Element aufweisen, wobei der Ausgang zwischen den beiden Elementen angeordnet ist. Ebenso kann die Ersatzquelle in einem weiteren Aspekt einen Transistor aufweisen, dessen Steueranschluss mit dem Steueran schluss des Stromspiegeltransistors der Stromquelle verbunden ist .
Ein anderer Aspekt betrifft die Schaltvorrichtung, die ein oder mehrere Transmission Gates aufweist. Die Versorgungsschaltung kann einen Referenzstromspiegel umfassen, der ausgeführt ist, einen eingangsseitig definierten Strom ausgangseitig an den Fehlerkorrekturdetektor und an die Stromquelle zu liefern.
Ein anderer Aspekt betrifft die Verwendung einer Versorgungs schaltung für eine Stromversorgung einer m-LED. Dieses wird von der Versorgungschaltung betreiben und zwar ein einem On/Off Betrieb. Das heißt, dass die m-LED durch ein die Stromversorgung pulsweiten modulierendes Signal betrieben wird. Dieser Betrieb ist für optoelektronische Bauelemente nicht ungewöhnlich, den noch erzeugt die Versorgungsschaltung einen stabilen und prä zisen Ausgangsstrom während dieses pulsweiten-modulierten Be triebs .
Ein anderer Aspekt bezieht sich auf ein Verfahren zum Versorgen einer m-LED. Hierbei wird ein Versorgungsstrom durch den Ver braucher erfasst. Dies kann durch eine Detektion des Stroms durch die m-LED erfolgen. Alternativ kann ein Signal aus dem Strom abgeleitet werden, welches in einer bekannten Beziehung zu dem Strom durch den Verbraucher steht. Der Versorgungsstrom oder das davon abgeleitete Signal wird mit einem Referenzsignal verglichen und aus diesem Vergleich ein Korrektursignal erzeugt. Mit Hilfe des Korrektursignals wird der Versorgungsstrom durch den Verbraucher gegebenenfalls auf einen Sollwert geregelt.
Es ist nun vorgesehen, dass der Verbraucher in bestimmten Ab ständen abgeschaltet d.h. vom Versorgungsstrom getrennt wird. In einem solchen Fall wird anstatt des vom Versorgungsstrom abgeleiteten Signal ein Ersatzsignal erzeugt und für den Ver gleichsschritt verwendet. Mit anderen Worten wird anstatt des Versorgungsstroms bzw. eines davon abgeleiteten Signals das Er satzsignal mit dem Referenzsignal verglichen und aus diesem Vergleich ein Korrektur-signal erzeugt. Dadurch wird die Rege lung erstmal unabhängig davon, ob der Verbraucher mit Strom versorgt wird oder nicht. Das Ersatzsignal kann dabei im We sentlichen einem Versorgungsstrom durch den Verbraucher oder einem davon abgeleiteten Signal entsprechen.
Ein anderer Aspekt liegt in einer Realisierung einer Treiber schaltung mit geringer eigener Leistungsaufnahme, die aber den noch eine Vielzahl von optoelektronischen Elementen und insbe sondere m-LEDs antreiben kann.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist eine Trei berschaltung zum Antreiben oder Steuern einer Vielzahl von opto elektronischen Elementen vorgesehen. Die optoelektronischen Elemente sind als m-LEDs ausgeführt und in einem Array mit Zeilen und Spalten angeordnet. Jede m-LED kann ein Pixel dar stellen. Alternativ kann, wenn jedes Pixel mehrere, zum Beispiel drei, Subpixel einschließt, jede m-LED eines der Subpixel bil den . Die Treiberschaltung umfasst eine Vielzahl von ersten Speicher zellen, wobei jede der ersten Speicherzellen einem jeweiligen der m-LED zugeordnet ist. Ferner schließt jede Speicherzelle zwei Eingänge, die als Setzeingang und Rücksetzeingang bezeich net werden, und einen Ausgang ein. Die ersten Speicherzellen können Riegel sein und können als 1-Bit-Speicher konfiguriert sein. Jede erste Speicherzelle kann zwei unterschiedliche Zu stände an dem Ausgang, einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweisen, wobei der erste Zustand ein hoher Zustand und der zweite Zustand ein niedriger Zustand sein kann. Ein Setzsignal, das von einer der ersten Speicherzellen an dem Setzeingang empfangen wird, triggert die erste Speicherzelle an dem Ausgang in den ersten Zustand. Die erste Speicherzelle hält den ersten Zustand, bis sie durch ein an dem Rücksetzeingang empfangenes Rücksetzsignal in den zweiten Zustand zurückgesetzt wird. Der Ausgang, insbesondere das am Ausgang bereitgestellte Ausgangssignal, jeder ersten Speicherzelle ist so konfiguriert, dass er ein jeweiliges der m-LED steuert oder antreibt. Insbe sondere bestimmt das Ausgangssignal, ob die m-LED eingeschaltet ist und Licht ausstrahlt oder ausgeschaltet ist und kein Licht ausstrahlt .
Für die Herstellung der Treiberschaltung und auch der ersten Speicherzellen und ihrer zugeordneten Schaltungen, wäre unter anderem CMOS-Technologie besonders geeignet. Die Treiberschal tung gemäß dem ersten Aspekt ist eine digitale Treiberschaltung und benötigt im Vergleich zu konventionellen Treiberschaltungen eine niedrigere Leistung und weniger Fläche. Außerdem stellt die Treiberschaltung gemäß dem ersten Aspekt eine bessere Li- nearität bereit. Jede erste Speicherzelle kann ein Pulsbreiten modulationssignal, PWM-Signal, an ihrem Ausgang bereitstellen.
In einer Ausführungsform umfasst jede erste Speicherzelle zwei kreuzgekoppelte NOR-Gatter oder zwei kreuzgekoppelte NAND-Gat- ter. Jedes der NOR- oder NAND-Gatter weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Der Ausgang jedes der NOR- oder NAND-Gatter ist mit einem der Eingänge des anderen NOR- oder NAND-Gatters gekoppelt. Der andere Eingang eines der NOR- oder NAND-Gatter empfängt das Setzsignal, und der andere Eingang des anderen der NOR- oder NAND-Gatter empfängt das Rücksetzsignal.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst jede erste Spei cherzelle einen N-Typ-Metalloxid-Halbleiter-Transistor, NMOS- Transistor, und einen P-Typ-Metalloxid-Halbleiter-Transistor, PMOS-Transistor, die in Reihe geschaltet sind, was bedeutet, dass die Kanäle der beiden Transistoren in Reihe geschaltet sind. Außerdem ist ein Eingang eines Inverters zwischen den NMOS-Transistor und den PMOS-Transistor geschaltet, und ein Ausgang des Inverters ist mit den Gattern der NMOS- und PMOS- Transistoren verbunden. Die Treiberschaltung kann eine Vielzahl von ladbaren Zählern umfassen, die jeweils konfiguriert sind, um ein Setzsignal zum Einschalten eines Stroms durch die jewei lige m-LED zu aktivieren, wenn Daten, beispielsweise ein Puls breitenwert, in den jeweiligen Zähler geladen werden. Der Zähler zählt, bis der aktuelle Wert den geladenen Datenwert erreicht. Dann aktiviert der Zähler ein Rücksetzsignal, um den Strom durch die jeweilige m-LED abzuschalten.
Wenn ein Array von m-LED diese in N Spalten von Pixeln arran- giert, kann die Treiberschaltung N Zähler umfassen, die PWM- Signale für N Spalten von Pixeln gleichzeitig pro einer ausge wählten Zeile erzeugen. Die Treiberschaltung kann ferner einen einzigen gemeinsamen Zähler umfassen, der konfiguriert ist, um ein gemeinsames oder globales Dimmsignal für die Vielzahl von m-LEDs zu erzeugen.
Um dunkle Pixel auszugattern, kann die Treiberschaltung eine Vielzahl von zweiten Speicherzellen umfassen. Jede zweite Spei cherzelle kann mit einer jeweiligen der ersten Speicherzellen gekoppelt sein und so konfiguriert sein, dass sie bei Bedarf ein Ausgangssignal der jeweiligen ersten Speicherzelle außer Kraft setzt, so dass die jeweilige m-LED ausgeschaltet bleibt. Mit anderen Worten verhindern die zweiten Speicherzellen, dass die jeweiligen ersten Speicherzellen die jeweiligen m-LED ein- schalten, wenn diese optoelektronischen Elemente während eines Rahmens dunkle Pixel darstellen.
Eine optoelektronische Vorrichtung oder auch ein m-Display ge mäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Vielzahl von m-LEDs und eine Treiberschaltung zum Antreiben der Vielzahl von m-LEDs gemäß dem ersten Aspekt, wie oben beschrie ben. Die m-LEDs können in einem Array angeordnet sein und können eine Anzeige oder einen Abschnitt einer Anzeige bilden. Jede der m-LED kann ein Pixel des Arrays bilden. Alternativ kann jede m-LED auch ein Subpixel bilden. Beispielsweise kann in einem RGB-Pixelarray ein Pixel drei optoelektronische Elemente oder m-LEDs enthalten, die rotes, grünes bzw. blaues Licht emittie ren. Alternativ, können auch Konvertermaterialien vorgesehen sein, so dass zumindest zwei der drei m-LED Licht gleicher Farbe abstrahlen, welches von dem Konvertermaterial konvertiert wird.
Die m-LED können über einer integrierten Schaltung, IC angeord net sein, die sich unter anderem unterhalb der m-LED befindet. Die Schaltung kann in einem anderen Materialsystem ausgebildet.
In einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Vorrichtung bzw. eines m-Displays gemäß dem zweiten Aspekt bereitgestellt. Am Anfang eines Rahmens wird ein globales Zurücksetzen durchgeführt und der Pixelstrom ausge- schaltet, so dass alle optoelektronischen Elemente ausgeschal tet werden. Als Nächstes wird das Laden dunkler Pixel Zeile für Zeile durchgeführt. Somit werden die optoelektronischen Ele mente, die während des Rahmens dunkel sind, mittels der zweiten Speicherzellen gesteuert. Anschließend wird eine zeilenweise inhaltsabhängige PWM, beispielsweise Graustufen-PWM, durchge führt. Somit wird der Strom durch die optoelektronischen Ele mente mittels der ersten Speicherzellen gesteuert.
Außerdem kann nach dem globalen Zurücksetzen am Anfang eines Rahmens der Pixelstrom bis zum Beginn einer gemeinsamen oder globalen Dimmung ausgeschaltet bleiben. Die gemeinsame Dimmung der optoelektronischen Elemente kann durchgeführt werden, bevor der Strom durch die optoelektronischen Elemente mittels der ersten Speicherzellen gesteuert wird. Die globalen Dimmdaten können mit den Graustufendaten in der Video-/Bildsignalprozes- sor-IC oder durch die m-LED-Treiber-IC kombiniert werden, so dass kein separater globaler Dimmpuls benötigt wird und dann nur die Graustufendaten zeilenweise aktualisiert werden. Die optoelektronische Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt und das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt können die oben in Verbindung mit der Treiberschaltung gemäß dem ersten Aspekt offenbarten Ausführungsformen umfassen. Ein neuartiges Konzept für die Ansteuerung von m-LEDs, die als Pixel vorgesehen sind, basiert auf einer analogen Rampe zur Lichtsteuerung. Für eine Steuerschaltung für eine Dis playmatrix, die eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten ange ordneten optoelektronische Bauelemente umfasst, kann eine Puls- breitenmodulation verwendet werden, die das Ein/aus Verhalten eines jeden Pixels einstellt. Obwohl das Prinzip ähnlich kon ventionellen Pulsbreitenmodulationsschemas zu sein scheint, ist die Implementierung anders und berücksichtigt den kleinen ver fügbaren Platz.
Eine Steuerschaltung für ein Matrixdisplay, insbesondere ein m- LED Matrixdisplay umfasst einen Zeilenauswahleingang für ein Zeilenauswahlsignal, einen Spaltendateneingang für ein Daten signal, ein Rampensignaleingang für ein Rampensignal und einen Trigger Eingang für ein Triggersignal. Zum Zweck der Erläute rung, ein Rampensignal ist ein Signal, das über die Zeit von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert variiert. Gewöhnlich ist ein Rampensignal periodisch. Die Schaltung umfasst einen Spaltendatenpuffer, der konfiguriert ist, das Datensignal als Antwort auf das Zeilenauswahlsignal zu puffern. In einigen Va rianten kann der Pegel des Spaltendatensignals mit der Hellig keit der lichtemittierenden Vorrichtung korrespondieren. Ein Pulsgenerator ist an den Spaltendatenpuffer und den Rampensig naleingang gekoppelt und konfiguriert, ein gepuffertes Aus- gangssignal zu liefern, um als Antwort auf das Triggersignal, das Datensignal und das Rampensignal das An/Aus Verhältnis von zumindest einer der Vielzahl der lichtemittierenden Vorrichtun gen zu steuern. Das vorgeschlagene Prinzip implementiert einen analogen Puls generator, der einen nur kleinen Platz bedarf. Da das Rampen signal räumlich und zeitlich multiplext werden kann, können durch Aktivierung verschiedener Pixel verursachten Artefakts unterdrückt werden. Weiterhin führt zeitliches Multiplexing bei Benutzung des Rampensignals zu verschiedenen Schaltverhalten der Pixel. Das heißt, die den Pixeln zugehörige m-LED wird zu verschiedenen Zeiten geschaltet, was eine gleichmäßigere Leis tungsverteilung verursacht und Stromspitzen verhindert. In einigen Varianten weist der Pulsgenerator eine Komparator vorrichtung auf, um das gepufferte Datensignal mit dem Rampen signal zu vergleichen. Das Resultat wird an einen Ausgangspuffer geliefert, der an einen Ausgang des Komparators und den Trig gereingang gekoppelt ist, der Spaltendatenpuffer kann in sol- chen Ausführungen als ein Eingangspuffer agieren. Zusammen mit dem Ausgangspuffer des Pulsgenerators ist eine Doppelpufferung realisiert, die ermöglicht, die Schaltung in Anzeigen zu imple mentieren, die einen längeren Arbeitszyklus benutzen, und so Aktualisierungsraten und dergleichen reduzieren. Allgemein wird dieses Konzept Leistungsverbrauch weiter reduzieren, was in er weiterten Realitätsanwendungen bevorzugt ist.
Der Ausgangspuffer kann eine einzelne Speicherstufe aufweisen, wie zum Beispiel ein Flip-Flop. In einigen Varianten kann der Puffer ein RS—Flip-Flop enthalten, dessen Eingänge an den Aus gang der Komparatorvorrichtung und entsprechend an den Trigger eingang gekoppelt sind. In diesem Hinblick sei angemerkt, dass abhängig von der aktuellen Implementierung und dem Vorzeichen der entsprechenden Daten- und Triggersignal (positive oder ne- gative) auch invertierte Eingänge der entsprechenden Flip-Flops benutzt werden können. Der Spaltendatenpuffer umfasst in eini gen Varianten einen Kondensator, um das Datensignal zu spei chern, und einen zwischen dem Kondensator und dem Spaltendaten eingang angeordneten Schalter. Der Kondensator kann eine kleine Kapazität haben, so wie der Eingangspuffer nur ein Spannungs signal in der Größenordnung von wenigen Volt anwenden kann und die Komparatorvorrichtung hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz. Der Komparator kann implementiert sein unter Verwendung eines differentiellen Verstärkers. Zum Beispiel kann ein invertieren- der Eingang des Komparators an den Datenspaltenpuffer gekoppelt sein und sein nichtinvertierender Eingang kann an den Rampen signaleingang gekoppelt sein.
Abhängig von der Implementierung kann die an die Steuerschaltung gekoppelte m-LED nur für eine kurze Zeitspanne aktiv sein. In einigen Varianten kann die m-LED nur etwa 50% eines normalen Zyklusses aktiv sein. In solchen Fällen ist es nützlich in der Lage zu sein, nicht benötigte Teile der Steuerschaltung zu de aktivieren. Zu diesem Zweck kann die Komparatorvorrichtung ei- nen zur auf das Triggersignal basierenden Anpassung seines Leis tungsverbrauchs an den Triggereingang gekoppelten Leistungs steuereingang aufweisen. Alternativ kann die Komparatorvorrich tung an den Ausgangspuffer gekoppelt sein, um basierend auf einem Ausgangszustand des Ausgangspuffers seinen Leistungsver- brauch zu steuern. In dieser Hinsicht kann der Ausgangspuffer konfiguriert sein, um seinen Ausgangszustand unabhängig von seinem an die Komparatorvorrichtung gekoppelten Eingang beizu behalten bis es zurückgesetzt oder durch das Triggersignal ge triggert ist.
Ein anderer Aspekt betrifft die Erzeugung des Rampensignals. In einigen Variationen umfasst die Steuerschaltung einen Rampen generator, um das Rampensignal an den Rampensignaleingang zu liefern, wobei der Rampengenerator konfiguriert ist, um als Antwort auf ein Triggersignal ein variierendes Signal zwischen einem Startwert und einem Endwert zu erzeugen. Der Rampengene rator kann als ein globaler Rampengenerator implementiert sein, der ein gemeinsames Rampensignal an verschiedene andere Steu erschaltungen schickt. Alternative können einige Rampengenera- toren zur Verfügung gestellt werden, wobei jeder einzelne Ram pengenerator eine Vielzahl von Zeilen und ihre jeweiligen Pixel ansteuert. Solch eine Implementierung erlaubt es, die Rampen signale zeitweise zu multiplexen und dadurch den Artefakten zu reduzieren. Weiterhin kann ein von einem Rampengenerator gelie- fertes Rampensignal auch gemultiplexed sein, bevor es auf den Rampensignaleingang angewendet wird.
Ein anderer Aspekt bezieht sich auf ein Verfahren der Steuerung der Beleuchtung einer lichtemittierenden Vorrichtung in einer Matrixanzeige, die eine Vielzahl von in adressierbaren Zeilen und Spalten angeordnete lichtemittierenden Vorrichtungen hat. Im Einklang mit dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst das Verfah ren, ein Triggersignal und ein Datensignal für eine ausgewählte Reihe und zumindest eine lichtemittierende Vorrichtung liefert. Ein Pegel des Datensignals wird dann zu einem Puls konvertiert mit Bezug auf das Triggersignal. Noch genauer, in einigen Va rianten wird der Pegel des Datensignals zu einer Pulsbreite mit Bezug auf ein Triggersignal konvertiert. Der Puls wird benutzt um das Ein/Aus Verhältnis der lichtemittierenden Vorrichtung mit einem Puls zu steuern.
In einigen Aspekten beinhaltet die Konvertierung eines Pegels des Datensignals eine Erzeugung eines Rampensignals zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert. Das Datensignal wird mit dem Rampensignal verglichen, um ein Zustandssignal zu er zeugen. Das Zustandssignal kann ein digitales Signal sein. Das Pulssignal basiert dann auf dem Triggersignal und einem Wechsel im Zustandssignal. Im Wesentlichen wird das Pulssignal als Ant wort auf den Wechsel in dem Zustandssignal zwischen einem LOW und einem HIGH Wert gesetzt oder von HIGH auf LOW zurückgesetzt. Natürlich kann dieses Prinzip des Setzens des Wertes und Zu rücksetzens des Wertes ausgewechselt werden.
Das Rampensignal kann als Antwort auf das Triggersignal erzeugt oder initiiert werden. In einigen Varianten können beide Signale von einem gemeinsamen Signal abgeleitet werden. Liefern eines Datensignals kann in einigen Varianten auch Vorpufferung des Datensignals beinhalten. Zum Beispiel könnte des Datensignal in einer Speichervorrichtung wie einem Kondensator oder derglei- chen vorgepuffert werden.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Korrektur von Feh lern in m-LEDs eines m-Displays oder eines m-Displaymoduls , die während deren Fertigung auftreten, mittels redundanter m-LED Zweige mit Auswahlsicherung. Es sind in dieser Anmeldung mehrere Konzepte vorgestellt, mit denen redundante m-LEDs in der Her stellung geschaffen werden
Bei m-Displays kann es während der Fertigung zu Ausfall einer m-LED kommen. Ursächlich ist hierfür zum Beispiel eine fehler hafte Bestückung oder bei monolithischen Displaymodulen ein Fehler in einer der Schichten. Bei einem derartigen Fehler tre ten im Wesentlichen zwei Varianten auf. Dies ist zum einen ein offener Kontakt, der als „Open" bezeichnet wird, oder einen Kurzschluss zwischen Anode und Kathode, dies wird als „Short" bezeichnet. Beides führt zum Ausfall der Leuchtdiode der Zelle.
Um die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Subpixels oder eines Pi xels, werden für jedes Subpixel redundante m-LEDs vorgesehen. Im Defektfall wird durch entsprechende schaltungstechnischen Maßnahmen Sorge getragen, dass die Zelle nicht ausfällt, das heißt die defekte Leuchtdiode von der Stromquelle entkoppelt werden kann. In einigen Varianten führt dies jedoch dazu, dass in einem fehlerfreien Fall beide m-LEDs von der gleichen Strom- quelle versorgt werden, und zwar die typische sowie die redun dante Damit halbiert sich der Strom je Leuchtdiode nahezu. Dies wiederum führt zu einer Farbverschiebung, die aus einer Abhän gigkeit zwischen Querstrom und dominanter Wellenlänge resul- tiert. Hinzu kommt, dass aufgrund der Prozesstechnik bei m- Displays oder Modulen hiervon oftmals nur eine gemeinsame Ka thode für aller Leuchtdioden umsetzbar ist. Je nach weiterem Aufbau der Backplane (z.B. TFT-Backplanes ) , kann dies dazu füh ren, dass lediglich NMOS-Transistoren (N-Typ-Metalloxidhalblei- ter-Transistoren) zum Aufbau der Pixelzelle verwendet werden können. Dies führt bei einer herkömmlichen 2TlC-(2 Transisto ren, 1 Kondensator-) Zelle zu einer deutlichen Abhängigkeit zwischen Querstrom der Leuchtdiode und deren Vorwärtsspannung. Zur Lösung dieser Schwierigkeiten gibt es verschiedene Ansätze, von denen die meisten allerdings einen zusätzlichen Aufwand bedeuten oder auch zusätzlichen Platz benötigen. Nach dem hier vorgeschlagenen Prinzip wird eine Lösung angegeben, bei der einerseits eine Redundanz vorgehalten wird, jedoch Halbierung eines durch eine Leuchtdiode fließenden elektrischen Stromes vermieden wird. Zudem können PMOS Transistoren benutzt werden, wodurch sich die Flexibilität erhöht. Der Platzverbrauch steigt nicht wesentlich an, so dass die Lösungen gerad für m-Displays mit geringem Platz pro Pixel oder Subpixel geeignet sind.
Dabei wird eine Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung ei ner Mehrzahl von m-LEDs einer Pixelzelle oder eines Subpixels, insbesondere als 2T1C-Zelle geschaffen. Mittels eines ersten Transistors und eines der m-LED zugeordneten elektronischen Einpräge-Bauelements wird ein die zu dieser m-LED in Serie ge schaltete Sicherung auslösender Stromfluss erzeugt.
Eine Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung einer Mehrzahl von m-LEDs einer Pixelzelle oder eines Subpixels umfasst demnach einen ersten und wenigstens einen zweiten Zweig mit jeweils einer darin verschalteten m-LED und eine zu der m-LED in Serie angeordnete elektronische Sicherung. Der erste und der wenigs tens eine zweite Zweig sind mit einer Seite mit einem Potenti alanschluss verbunden. Weiterhin ist eine Treiberschaltung mit einem Datensignaleingang, einem Auswahlsignaleingang und einem Treiberausgang vorgesehen. Der Treiberausgang ist mit der an deren Seite des ersten und des wenigstens einen zweiten Zweigs verbunden. Schließlich umfasst die Vorrichtung ein dem wenigs tens einen zweiten Zweig zugeordnetes Einpräge-Bauelement, wel- ches ausgeführt ist, einen die in Serie angeordnete elektroni sche Sicherung auslösenden Stromfluss zu erzeugen.
Ein charakterisierendes Merkmal besteht somit in der Einführung einer zusätzlichen Einpräge-Signalleitung in Kombination mit einem zusätzlichen elektronischen Einpräge-Bauelement, das ins besondere als Transistor oder als Diode ausgeführt sein kann. Mit diesem wird gewährleistet, dass nach einem End-Of-Line- (EOL-)Test lediglich eine Leuchtdiode je Farbe und Pixel aktiv ist, und zwar ebenso im Fall eines fehlerfreien Pixels. Mit anderen Worten wird im Fehlerfall die noch funktionierende m- LED ausgewählt. Sollte hingegen kein Fehler vorliegen, d.h. beide m-LED eines Zweiges funktionieren, wird dennoch eine der beiden dauerhaft abgeschaltet. Bei einem Verfahren zur elektronischen Konfiguration einer Mehr zahl von m-LEDs wird somit zuerst ein Test einer Funktion der m-LED jeweils des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges durch geführt. Wenn beide m-LED des ersten und des zweiten Zweiges funktionieren, wird ein Einprägesignal an das elektronischen Einpräge-Bauelements angelegt. Anschließend wird in den zweiten Zweig eines die in Serie zur m-LED des zweiten Zweiges geschal tete Sicherung auslösenden Stromfluss eingeprägt. Zu diesem Zweck ist die Sicherung meist als Schmelzsicherungen ausgeführt. Je nach Ausgestaltung kann das Einpräge-Bauelement einen Ein- präge-Transistor aufweisen, der mit seinen Stromleitungskontak ten elektrisch parallel zu der m-LED, dem das Einpräge-Bauele ment zugeordnet ist, und dessen Steuerkontakt an eine Einprä- gesignalleitung angeschlossen ist. Alternativ kann das Ein präge-Bauelement auch mit einer Einpräge-Diode ausgebildet sein, die mit einem Anschluss an den zweiten Anschluss der m- LED, dem das Einpräge-Bauelement zugeordnet ist, angeschlossen ist. Der andere Anschluss der Einpräge-Diode ist mit der Ein- prägesignalleitung verbunden.
Die vorgeschlagene Anordnung macht es möglich, die m-LED als sogenannte Common-Anode oder Common-Kathode auszubilden. Das heißt, je nach Ausgestaltung wird die m-LED eines jeden Zweiges entweder zischen Versorgungspotential und Stromquelle oder zwi schen Stromquelle und Bezugspotentialanschluss geschaltet. So mit ist in einem Fall die m-LED an den Versorgungspotentialan schluss und die elektronische Sicherung angeschlossen. Im an deren Fall ist die m-LED zwischen Sicherung und Bezugspotenti- alanschluss verbunden. Die Stromquelle ist immer mit der elekt ronischen Sicherung des jeweiligen Zweiges verbunden. Der La dungsspeicher der 2T1C Zelle ist mit dem Gate des Stromquellen transistors und dem festen Potential verbunden, d.h. mit dem Potentialanschluss an dem auch der Stromquellentransistor ver- bunden ist.
In einem weiteren Aspekt wird ein m-Display bzw. m-Displaymodul mit einer Vielzahl der oben beschriebenen Vorrichtungen vorge stellt, bei dem Pixelzellen des m-Displays jeweils entlang einer Zeile und/oder entlang einer Spalte an einer gemeinsamen Ein- prägesignalleitung elektrisch angeschlossen sind. Jede Pixel zelle einer Spalte ist mittels einer gemeinsamen Versorgungs leitung zu einem auf einem gemeinsamen Träger außerhalb des m- Displays angeordneten Schalttransistor an den Versorgungspoten- tialanschluss elektrisch angeschlossen ist. Kleinbauende Displayanordnungen mit einer hohen Auflösung sind insbesondere für AR-Systeme erwünscht, wie Head-up-Displays o- der Brillen mit einem Lichtfelddisplay, das ein Rasterbild di rekt auf die Netzhaut projiziert.
Für m-Displays mit aktiven pixelgroßen Lichtquellen wurden Mikro-OLEDs vorgeschlagen. Nachteilig ist deren unzureichende Leuchtdichte und eine begrenzte Standzeit. Eine Alternative für selbstleuchtende Lichtquellen, die eine hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad sowie zusätzlich eine schnelle Reak tionszeit verspricht, stellt die Verwendung von in Matrixform angeordneten m-LEDs, beispielsweise auf der Basis von GaN oder InGaN, dar. Diese eignen sich vor allem für Displayanordnungen mit einer hohen Packungsdichte zur Ausbildung eines hochauflö- senden m-Displays .
Ausgangspunkt der Überlegung ist eine Displayanordnung, umfas send ein IC-Substratbauteil und einen darauf aufgesetzten mo nolithischen pixelierten Optochip. Vorliegend wird unter einem monolithischen pixelierten Optochip eine matrixförmige Anord nung lichtemittierender, optoelektronischer Lichtquellen ver standen, die auf einem zusammenhängenden Chip-Substrat durch einen gemeinsamen Herstellungsprozess entstehen. Einige der hier vorgestellten Strukturen können in einer Matrix hergestellt werden. Darunter fallen zum Beispiel die Antennenstruktur, ver tikale oder horizontale m-Rods, die paarweise angeordneten bar renförmige Ausgestaltung mit Konvertermaterial zwischen den m- LEDs oder auch die m-LEDs entlang besonderer Kristallrichtungen um einige nichtlimitierende Beispiele zu nennen. Diese Licht- quellen sind als m-LEDs ausgebildet.
Das IC-Substratbauteil weist monolithisch integrierte Schaltun gen auf, die wiederum aus einem gemeinsamen Herstellungsprozess resultieren. Des Weiteren liegen auf einer dem monolithischen pixelierten Optochip zuwandten Oberseite des IC-Substratbau- teils als Matrix angeordnete IC-Substratkontakte vor.
Der monolithische pixelierte Optochip umfasst eine Halbleiter- schichtfolge mit einer eine erste Dotierung aufweisende ersten Halbleiterschicht und einer eine zweite Dotierung aufweisenden zweiten Halbleiterschicht, wobei sich die Polarität der La dungsträger in der ersten Halbleiterschicht von jener der zwei ten Halbleiterschicht unterscheidet. Bevorzugt erstrecken sich die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht in Lateralrichtung über den gesamten monolithischen pixelierten Optochip. Für eine Ausführungsform kann die erste Halbleiter schicht eine p-Dotierung und die zweite Halbleiterschicht eine n-Dotierung aufweisen. Eine umgekehrte Dotierung ist ebenso möglich wie die Verwendung mehrerer Teilschichten gleicher Do tierung für mindestens eine der Halbleiterschichten, die sich in der Dotierungsstärke und/oder bezüglich des Halbleitermate rials unterscheiden. Insbesondere kann die Halbleiterschicht folge eine Doppel-Heterostruktur bilden. Zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht liegt ein Bereich mit einem Übergang, in dem sich beim Betrieb des Dis plays lichtemittierende aktive Zonen ausbilden. Für eine mög liche Ausführung liegt die aktive Zone in einer dotierten oder undotierten aktiven Schicht, die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angelegt ist und beispielweise eine oder mehrere QuantentopfStrukturen aufweist.
Die einzelnen lichtemittierenden, optoelektronischen Lichtquel len des pixelierten Optochips stellen jeweils m-LEDs dar, die als Matrix angeordnet sind, wobei jede m-LED eine dem IC-Sub- stratbauteil zugewandte m-LED-Rückseite und einen ersten Licht quellenkontakt aufweist, der an die erste Halbleiterschicht kontaktierend angrenzt und mit jeweils einem der IC-Substrat- kontakte elektrisch leitend verbunden ist. Mit anderen Worten ist jede m-LED in dem pixelierten Optochips so ausgebildet, dass sie einen Bereich einer der oben genannten aktiven Schicht um fasst. Zwischen benachbarten m-LEDs kann die aktive Schicht oder auch eine andere der oben genannten Schichten unterbrochen sein, so dass ein Übersprechen vermieden wird.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine fertigungstechnisch ver einfachte Displayanordnung mit hoher Packungsdichte realisiert werden kann, wenn die Projektionsfläche des ersten Lichtquel lenkontakts auf der m-LED-Rückseite höchstens der halben Fläche der m-LED-Rückseite entspricht und der erste Lichtquellenkon takt in Lateralrichtung von einem rückseitigen Absorber umgeben ist. Vorliegend wird unter der Lateralrichtung eine Richtung senkrecht zu einer durch die Mittelung der Flächennormalen der Halbleiterschichtfolge festgelegten Stapelrichtung verstanden.
Durch einen kleinflächig angelegten ersten Lichtquellenkontakt, der deutlich kleiner als die Pixelfläche der zugeordneten m-LED ist, resultiert eine laterale Verengung des Strompfads im Halb leiterschichtenstapel. Mithin wird die Lateralausdehnung einer aktiven Zone auf [pm] abmessungen beschränkt, sodass aufgrund der lokalisierten Rekombinationszone innerhalb des Halbleiter schichtenstapels einzeln ansteuerbare m-LEDs voneinander abge grenzt werden. Zweckmäßigerweise ist die Pixelgröße jeder m- LED, die vorliegend als maximale Flächendiagonale der m-LED- Rückseite definiert ist, < 70 pm und bevorzugt < 20 pm und besonders bevorzugt < 7 pm gewählt. Nochmals deutlich kleiner ist der bevorzugte erste Lichtquellenkontakt, wobei für vor teilhafte Ausführungen die Projektionsfläche des ersten Licht quellenkontakts auf die m-LED-Rückseite höchstens 25 % und be- vorzugt höchstens 10 % der Fläche der m-LED-Rückseite einnimmt.
Zur Beschränkung der Lateralausdehnung der aktiven Zone sind bevorzugt die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiter schicht mit einer p- oder n-Leitfähigkeit kleiner als 104 Sm_1, bevorzugt kleiner als 3*103 Sm_1, weiter bevorzugt kleiner als 103 SITU1 ausgeführt, sodass die Lateralaufweitung des Strompfads begrenzt ist. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Schicht dicke der ersten Halbleiterschicht in Stapelrichtung höchstens das Zehnfache und bevorzugt höchstens das Fünffache der maxi- malen Diagonale des ersten Lichtquellenkontakts in Lateralrich tung beträgt .
Für eine Weitergestaltung grenzt ein erster Lichtquellenkontakt auf dem monolithischen pixelierten Optochip nicht direkt an den zugeordneten IC-Substratkontakt an. Stattdessen liegt bezogen auf die Stapelrichtung unterhalb des ersten Lichtquellenkon takts das eigentliche Optochipkontaktelement, dessen Quer schnittsfläche größer als die des ersten Lichtquellenkontakts ist. Durch diese Maßnahme wird die Positionierung des monoli- thischen pixelierten Optochips auf dem IC-Substratbauteil und die wechselseitige Kontaktierung vereinfacht, ohne dass die La teralbegrenzung des Strompfads verschlechtert wird.
Erfindungsgemäß wird der Bereich um den kleinbauenden ersten Lichtquellenkontakt zur Anordnung eines rückseitigen Absorbers genutzt, der das optische Übersprechen zwischen benachbarten m- LEDs verringert. Absorbiert wird insbesondere die in Winkel stellung von der aktiven Zone ausgehende, nach unten gerichtete elektromagnetische Strahlung, soweit ein Grenzwinkel zur Sta- pelrichtung überschritten ist. Bevorzugte Materialien für den rückseitigen Absorber sind strukturierte Schichten mit Sili zium, Germanium und Galliumarsenid . Möglich ist auch der Einbau von Graphen oder Rußpartikeln in den rückseitigen Absorber. Der rückseitige Absorber umgibt den ersten Lichtquellenkontakt seitlich und erstreckt sich von diesem lateral, wobei rücksei tige Absorber benachbarter m-LEDs aneinander angrenzen und be vorzugt einstückig ausgeführt sind. Für eine Ausführung er streckt sich der rückseitige Absorber in Stapelrichtung mindes- tens bis zur ersten Halbleiterschicht. Für eine Weitergestal tung verläuft ein Teilabschnitt des rückseitigen Absorbers in nerhalb der entsprechend strukturierten ersten Halbleiter schicht und schirmt den Grenzbereich zwischen benachbarten m- LEDs ab. Zu diesem Zweck können zusätzlich oder alternativ re- flektiv wirkende Strahlungsblocker, wie strukturierte Elemente aus Reflektormaterialien, wie Aluminium, Gold oder Silber, oder aus dielektrischen Materialien, deren Brechungsindex kleiner als jener der ersten Halbleiterschicht ist, verwendet werden. Für eine Weitergestaltung erfüllt der rückseitige Absorber nicht nur eine optische Funktion, sondern dieser dient zusätzlich als elektrischer Isolator zur lateralen Begrenzung des Strompfads.
Die Displayanordnung weist in Stapelrichtung über der zweiten Halbleiterschicht für jede m-LED einen zweiten Lichtquellenkon takt auf, der aus einem transparenten Material, wie Indiumzin noxid (ITO) besteht und elektrisch leitend mit einer transpa renten, flächig ausgedehnten Kontaktschicht auf der Vorderseite des pixelierten Optochips verbunden ist. Für eine vorteilhafte Ausführung wird der zweite Lichtquellenkontakt durch die groß flächige Kontaktschicht selbst gebildet wird, sodass die Ge samtheit der zweiten Lichtquellenkontakte der in Matrixform an geordneten m-LEDs als ein gemeinsamer Flächenkontakt angelegt werden kann. Für eine das optische Übersprechen weiter verrin gernde alternative Ausführung grenzt der zweite Lichtquellen kontakt jeweils an die Kontaktschicht kontaktierend an, wobei zweite Lichtquellenkontakte benachbart angeordneter m-LEDs durch einen vorderseitigen Absorber in eine senkrecht zur Sta pelrichtung weisende Lateralrichtung voneinander getrennt sind. Der vorderseitige Absorber kann aus einem die von der aktiven Zone emittierte elektromagnetische Strahlung absorbierenden o- der einem diese Strahlung reflektierenden Material bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann der vorderseitige Absorber als elektrischer Isolator wirken und zur lateralen Beschränkung des Strompfads für die Lokalisierung der Rekombinationszone auf ei nen Bereich mit [pm] abmessung beitragen.
Für eine mögliche Weitergestaltung erstreckt sich der vorder- seitige Absorber entgegen der Stapelrichtung mindestens in ei nem Teil der zweiten Halbleiterschicht. Ferner können die Unter- und/oder die Oberseiten des zweiten Lichtquellenkontakts und/o der der Kontaktschicht und/oder die Oberseite der zweiten Halb leiterschicht eine optisch wirksame Strukturierung zur Verbes- serung der Lichtauskopplung aufweisen.
Für ein vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung einer Dis playanordnung, wird ein IC-Substratbauteil mit monolithisch in tegrierten Schaltungen und mit als Matrix angeordneten IC-Sub- stratkontakten mit einem monolithischen pixelierten Optochip elektrisch leitend verbunden. Für die vorausgehende Herstellung des monolithischen pixelierten Optochips wird eine Halbleiter schichtfolge mit einer eine erste Dotierung aufweisenden ersten Halbleiterschicht und einer eine zweite Dotierung aufweisenden zweiten Halbleiterschicht bevorzugt epitaktisch aufgewachsen, wobei sich die Polarität der Ladungsträger in der ersten Halb leiterschicht von jener der zweiten Halbleiterschicht unter scheidet und die Halbleiterschichtfolge eine Stapelrichtung festlegt. Des Weiteren werden im pixelierten Optochip als Matrix angeordnete m-LEDs angelegt, wobei jede m-LED eine dem IC-Sub- stratbauteil zugewandte Rückseite und einen ersten Lichtquel lenkontakt aufweist, der an die erste Halbleiterschicht kontak tierend angrenzt und mit jeweils einem der IC-Substratkontakte elektrisch leitend verbunden wird. Erfindungsgemäß wird der erste Lichtquellenkontakt mit einer solchen Größe ausgebildet, dass dessen Projektionsfläche mit einer Flächennormalen senk recht zur Stapelrichtung höchstens die Hälfte der Fläche der Rückseite der m-LED einnimmt. Zusätzlich wird der erste Licht quellenkontakt in eine senkrecht zur Stapelrichtung weisende Lateralrichtung von einem rückseitigen Absorber umgeben. Neben den verschiedenen Konzepten zur Ansteuerung und der Be reitstellung einer Redundanzschaltung ist ein weiterer Ge sichtspunkt, den Träger mit den m-LEDs bzw. das monolithische Array mit einem Träger zu verbinden, der die Ansteuerung bein- haltet. Es gibt Konzepte, die versuchen sowohl m-LEDs als auch die IC-Schaltungen in dem gleichen Materialsystem zu realisie ren. dies ist an sich zu befürworten und kann auch zumindest in Teilen realisiert werden. Jedoch haben die Materialsystem für m-LEDs Nachteile, so dass sie für IC-Schaltungen nur bedingt geeignet sind.
Ein anderer Aspekt besteht darin, verschiedene Materialsysteme für die Erzeugung der Ansteuerschaltungen auf der einen Seite und der m-LEDs in einer Matrixanordnung auf der anderen Seite zu erzeugen. Hierzu gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten. Zum einen kann mit einem Materialsystem begonnen und die Bau elemente oder gefertigt werden, dann wird ein Übergang zu dem anderen Materialsystem erzeugt und in diesem die weiteren Bau elemente vorgesehen. Zuleitungen durch die Materialsysteme und den Übergang verbinden die Bauelemente. Bei diesem Ansatz be steht eine Schwierigkeit darin, die unterschiedlichen Pro zessparameter so zu wählen und einzustellen, dass eine Fertigung einer „Seite" möglich ist, ohne die andere „Seite" zu beschä digen. So ist zum Beispiel die Prozesstemperatur (z.B. für Dif- fusions- oder Implantierungsprozesse ) sehr unterschiedlich, so dass je nach Temperatur keine oder eine unerwünschte Diffusion auftritt. Auf diese Weise können Bauelemente beschädigt werden. In einigen Aspekten wird vorgeschlagen, die Ansteuerung in einer Technologie; zum Beispiel auf Siliziumbasis zu fertigen und anschließend unterschiedliche Materialsysteme als m-Rods oder ähnliches zu wachsen.
Ein weiterer Ansatz schlägt vor, Ansteuerung und Pixelarray getrennt zu fertigen und diese dann elektrisch und mechanisch zu verbinden. Auf diese Weise können die Bedürfnisse und Anfor derungen der jeweiligen Situation angepasst und die Fertigung optimiert werden. Wegen der geringen Größe der m-LEDs ist eine genaue Orientierung für die Kontaktierung unerlässlich. Das oben genannte Beispiel zeigt dieses Problem bereits auf und schlägt hierfür eine Lösung vor. Auf der anderen Seite erlaubt die Verwendung digitaler Ansteuertechniken, die Anzahl der notwen digen Kontaktpads zwischen den Trägern zu reduzieren, ohne die Funktionalität einzuschränken. Für die Herstellung von m-Dis- plays oder auch Anzeigevorrichtungen und Matrizen werden somit neuartige digitale und analoge Konzepte entwickelt und gemein sam implementiert werden.
Ein Aspekt zum Aufbau eines m-LED-Anzeige betrifft die Steuerung der Lichtemissionselemente oder m-LEDs in einem m-Display. Das m-Display besitzt so eine Vielzahl von m-LEDs, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. In einigen Aspekten können die m- LEDs zu Untereinheiten zusammengefasst werden. Dadurch können sie leichter gefertigt, getestet und verarbeitet werden.
Der begrenzte verfügbare Platz unter den eigentlichen Matri xelementen und Pixeln erfordert weitere Überlegungen zur Adres sierung und Steuerung der einzelnen Pixel. Herkömmliche Ansätze und Techniken sind aufgrund des begrenzten Platzes möglicher weise nicht verwendbar. Dies kann auch für Konzepte gelten, bei denen der Strom durch jedes Pixel gesteuert wird.
In einer Ausgestaltung ist eine m-Display vorgesehen, das eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixelstruktur aufweist. Eine erste Substratstruktur ist in einem ersten Ma terialsystem gefertigt und weist eine Vielzahl von m-LEDs auf, deren Kantenlänge 70pm oder weniger, insbesondere weniger als 20pm beträgt. Die m-LEDs sind durch Leitungen in und/auf der ersten Substratstruktur einzeln adressierbar. Auf einer der Hauptabstrahlrichtung abgewandten Oberfläche der der ersten Substratstruktur ist eine Vielzahl von Kontaktierungen angeord net .
Weiterhin weist das das m-Display eine zweite Substratstruktur auf, welche eine Vielzahl von digitalen Schaltkreisen zur Adres sierung der m-LEDs umfasst. Die zweite Substratstruktur ist gegenüber der ersten Substratstruktur in einem unterschiedli chen Materialsystem gefertigt. Die zweite Substratstruktur um fasst auf einer Oberfläche eine Vielzahl von Kontaktierungen umfasst, die zu den Kontaktierungen der ersten Substratstruktur korrespondieren. Nach dem vorgeschlagenen Prinzip, sind nun erste und zweite Substratstruktur sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden, so dass die Kontaktbereiche miteinander korrespondieren. Entsprechend diesen Konzept wird vorgeschlagen, digitale und analoge Elemente eines Displays ge trennt in unterschiedlichen Materialsystemen zu fertigen und diese dann miteinander zu verbinden. Damit kann jeweils die optimale Technologie verwendet werden. In diesem Zusammenhang kann die erste Substratstruktur mit m- LEDs als monolithisches Modul aufgebaut sein. Daneben können die hier offenbarte modulare Bauweise zum Einsatz kommen. Dadurch wäre die erste Substratstruktur selbst ein Träger für die Module aus den verschiedenen m-LEDs . Die erste Sub- stratstruktur umfasst in einigen Aspekten die analogen Schalt kreise, beispielsweise eine Stromquelle für jedes Pixel. Ebenso sind die hier vorgesehenen Redundanzschaltungen und Treiber schaltungen denkbar. Eine Ausführung dieser Schaltungen in Dünn filmtechnologie ist möglich, sofern die Anforderungen an eine Stromtragefähigkeit nicht zu hoch werden. Sofern möglich, kann es in einigen Aspekten zweckmäßig erscheinen, Multiplexer oder andere Schaltungen in der ersten Substratstruktur vorzusehen. Dadurch lässt sich die Anzahl der Kontaktbereiche zwischen ers ter und zweiter Substratstruktur verringern. Einfache Schalter, die jeweils einen von zwei m-LEDs auswählen, reduziere die An zahl der notwenigen Kontaktbereiche in etwa um die Hälfte. In anderen Aspekten lassen sich eventuell Kontakte zusammenfassen, beispielsweise bei Verwendung einer Common Kathode Schicht für die m-LEDs
Die m-LEDs zeigen eine Kantenlänge von 20mpi oder weniger, für besonders kleine m-Display kann die Kantenlänge 2 gm bis 5 gm betragen. Die Kontaktierungen können je nach Aus- gestaltung die gleiche Größe wie die m-LEDs aufweisen, jedoch auch kleiner als diese sein.
Hinsichtlich der Materialsysteme ist die Auswahl flexible, wo bei jede Technologie und jedes Materialsystem seine Vorteile und Herausforderungen mit sich bringt. Die zweite Substratstruk tur basiert unter anderem auf einkristallines, polykristallines oder amorphes Silizium. Digitale Schaltungen in diesen Materi alsystemen zu verwirklichen ist gut verstanden und kann auch auf kleine Größen skaliert werden. Ebenso eignen sich Indium- Gallium-Zink-Oxid, GaN oder GaAs als Materialsystem für die zweite Substratstruktur. Als Materialsystem für die erste Sub stratstruktur kann wenigstens eines der folgenden Verbindungen verwendet werden: GaN, GaP, GalnP, InAlP, GaAlP, GaAllnP, GaAs oder AlGaAs . Ein Aspekt kann je nach verwendeten Materialsys- temen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen und kris- tallographischen Parametern sein. Daher werden beide Sub stratstrukturen oftmals nicht direkt, sondern über mehrere Zwi schenschichten miteinander verbunden. Die zweite Substratstruktur mit den digitalen Schaltkreisen, kann neben den Versorgungsleitungen auch eine Vielzahl von di gitalen Schaltkreisen zur Erzeugung eines PWM-ähnlichen Signals aus einem Taktsignal und einem Datenwort für jedes Pixel ent- halten. Weiterhin ist die Implementierung von in Reihe geschal teten Schieberegistern möglich, deren jeweilige Länge dem Da tenwort für ein Pixel entspricht, wobei jedes Schieberegister mit einem Puffer zur Zwischenspeicherung verbunden ist.
Zur bereits erwähnten Reduktion von Kontaktbereichen kann die zweite Substratstruktur einen oder mehrere Multiplexer umfas sen, der elektrisch mit einem Demultiplexer in der ersten Sub stratstruktur zur Ansteuerung mehrerer m-LEDs gekoppelt ist.
Neben Displayanwendungen im Automotive und Augmented Reality Bereich können auch andere Anwendungsgebiete erschlossen wer den . Ein m-Displays sollte zwecks mechanischer Stabilisierung und/o der elektrischer Kontaktierung einen Träger aufweisen, auf dem die m-LEDs des m-LED-Arrays angeordnet sind. Der Träger kann transparentes Material umfassen, um beispielsweise die Trans parenz einer durchsichtigen Komponente, die mit der m-LED bzw. dem m-LED-Array ausgestattet ist, nicht zu beeinträchtigen. Der Träger kann Teil eines Displays sein oder auch bspw. in einem Bauteil eines Fahrzeugs integriert sein. Eine Trägeroberfläche kann auch eine Oberfläche eines Bauteils bilden. In einigen Aspekten kann ein Bauteil eines Fahrzeuges selbst als Träger für die m-LEDs bzw. für das m-LED-Array ausgebildet sein. Der Träger kann eine beliebige Form aufweisen, bspw. mit ebener oder gekrümmter Trägeroberfläche ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Form des Trägers durch das Herstellverfahren vorbe stimmt werden. Beispielsweise kann ein Träger durch ein Tief- ziehverfahren hergestellt sein, bei dem die Form durch ein Werk zeug vordefiniert ist. Der Träger kann flexibel oder biegsam ausgebildet sein. Der Träger kann ferner auch eine Membran, insbesondere eine schwingungsfähige Membran bspw. zum Erzeugen akustischer Effekte, umfassen. Dadurch kann das m-LED-Array in die Oberfläche eines Bauteils integriert, auch wenn diese Ober fläche nicht eben ausgestaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt können beispielsweise zwei nicht- monolithische m-LED-Arrays eines m-Displays übereinander bzw. hintereinander angeordnet sein. Hierbei kann das obere bzw. vordere m-LED-Array einen transparenten Träger aufweisen, so dass Licht von dem unteren bzw. hinteren m-LED-Array den trans parenten Träger durchstrahlen kann. Auf diese Weise kann das m- Displays ein dreidimensionaler visueller Effekt (3D-Effekt) er zeugen .
Ein Aspekt betrifft diesbezüglich die Implementierung mit Sen soren in einem m-LED-Array bzw. in einem m-Display, zur Bereit- Stellung weiterer Funktionalität. Der Sensor bzw. die Sensoren sind beispielsweise auf dem Träger des m-Displays oder m-LED- Arrays in einem Zwischenraum zwischen den m-LEDs angeordnet. Diese Offenbarung zeigt dazu mehrere Beispiele einer derartigen Implementierung. Die Sensoren können, ähnlich wie die m-LEDs, über auf dem Träger angeordnete Leiterbahnen und elektrische Kontakte mit elektrischer Energie versorgt werden. Die von den Sensoren detektierten Informationen bzw. Daten können bei spielsweise drahtlos oder über auf dem Träger angeordnete Da tenleitungen an einen Empfänger übermittelt werden. Als Senso- ren können beispielsweise Helligkeitssensoren, Annäherungs sensoren, Abstandssensoren oder bzw. und Berührungssensoren im m-LED-Array integriert sein. Mittels Helligkeitssensoren, die auf dem m-Displays angeordnet sind, kann beispielsweise die Helligkeit oder das Ein- und Ausschalten der m-LEDs des m-LED- Arrays in Abhängigkeit vom Umgebungslicht oder einer Umgebungs helligkeit automatisch gesteuert bzw. geregelt werden.
Mittels Annäherungssensoren, die auf dem m-Display angeordnet sind, kann beispielsweise die Annäherung einer Person oder der Hand einer Person an das m-LED-Array oder an eine das m-LED- Array enthaltende Vorrichtung detektiert werden und das m-LED- Array oder besagte Vorrichtung, die das m-LED-Array enthält, automatisch eingeschaltet werden oder automatisch wieder aus geschaltet werden, wenn sich die Person bzw. die Hand der Person wieder entfernt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine An zeigevorrichtung, die mit dem m-LED-Array ausgestattet ist, au tomatisch aktiviert oder deaktiviert werden oder es können Be dienungselemente, die mit mindestens einem m-LED-Array, das ei nen Annäherungssensor aufweist, automatisch beleuchtet und ak- tiviert bzw. deaktiviert werden.
Zusätzlich erlauben die Sensoren ein Augentracking, indem sie beispielsweise die Reflektion des Augenhintergrunds oder eines Lichtstrahls messen, der von Teilen des Auges reflektiert wird. Durch ein Augentracking wird eine Fokussierung möglich, d.h. eine Optik kann zum einen eine von dem m-Displays dargestellte Information auf den zentralen Sehbereich des Auges legen. Zum anderen kann der Abstand zwischen Displays und Auge gemessen und die Bildschärfe entsprechend angepasst werden.
Mittels Berührungssensoren, die auf dem m-LED-Array angeordnet sind, können beispielsweise eine Anzeigevorrichtung oder Bedie nungselemente, welche das vorgenannte m-LED-Array aufweisen, nach Art eines Touchscreens von einem Benutzer durch Berühren bedient bzw. gesteuert werden.
Mittels Abstandssensoren, die auf dem m-LED-Array angeordnet sind, kann beispielsweise der Abstand eines Objekts oder einer Person zu dem vorgenannten m-LED-Array bzw. zu einer Vorrich- tung, die das vorgenannte m-LED-Array aufweist, detektiert und überwacht werden, um beispielsweise Informationen oder Warnhin weise in Abhängigkeit von einem detektierten Abstand anzuzei gen .
Das m-LED-Array kann auch mit einer beliebigen Kombination von einem oder mehreren Annäherungssensoren, Helligkeitssensoren und Berührungssensoren sowie Abstandssensoren ausgestattet sind, um eine gewünschte Funktion oder Applikation je nach Kun denwunsch zu ermöglichen.
Ein Aspekt betrifft ein Oberflächentopographie-Erkennungssys tem, mit einem optoelektronischen Bauelement, die wenigstens eine m-LED umfasst, welche über eine Lichtaustrittsfläche elekt romagnetische Strahlung emittiert. Ebenso ist eine photonische Struktur zur Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen, bevor diese über die Lichtaustrittsfläche austritt, wobei die photonische Struktur die elektromagnetische Strahlung derart formt, dass die elektromagnetische Strahlung ein be stimmtes Fernfeld aufweist. Bei der photonischen Struktur han delt es sich um eine zweidimensionale photonische Struktur, insbesondere einen zweidimensionalen photonischen Kristall, die derart ausgestaltet ist, dass die elektromagnetische Strahlung ein definiertes, insbesondere ein diskretes, Muster im Fernfeld erzeugt. Das Oberflächentopographie-Erkennungssystem weist nun ferner eine Detektionseinheit auf, insbesondere mit einer Ka mera, die zur Erfassung des Musters im Fernfeld ausgebildet ist. Das Oberflächentopographie-Erkennungssystem kann eine Analy seeinrichtung umfassen, welche dazu ausgebildet ist, eine Ver zerrung des Musters in Bezug auf ein vorgegebenes Referenzmuster zu ermitteln.
Die Analyseeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Abhängig keit von der ermittelten Verzerrung eine Form und/oder eine Struktur eines von dem Muster ausgeleuchteten Objekts zu be stimmen .
Eine weitere Anwendung betrifft auch einen Scanner zum Scannen eines Objekts, wobei der Scanner mindestens ein optoelektroni sches Bauelement mit einer m-LED und eine das Fernfeld bestim mende photonische Struktur aufweist, welche bevorzugt zur zei lenweisen Erfassung des Objekts einsetzbar ist. Gemäß einem anderen Gesichtspunkt kann die ein m-LED-Arrays oder eine Vielzahl davon als Teil einer Heckleuchte eines Kraftfahr zeugs ausgebildet sein. Die Heckleuchte kann dabei mindestens eine Anordnung von lichtemittierenden m-LEDs aufweisen, die eine Pixeldichte von mindestens 50 PPI bilden und einen Pixelabstand von höchstens 0,5 mm besitzen. Die Heckleuchte kann als kombi niertes Schluss- und Bremslicht ausgebildet sein und einen Schlusslichtbereich sowie einen Bremslichtbereich aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt können der Bremslichtbereich und der Schlusslichtbereich jeweils mindestens eine Anordnung von m-LEDs aufweisen, wobei die Pixeldichte der Anordnung von m- LEDs im Bremslichtbereich höher ist als die Pixeldichte der Anordnung von lichtemittierenden Leuchtdioden im Schlusslicht bereich. Gemäß einem Aspekt kann die Vorrichtung als hochge- setzte Bremsleuchte eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die hochgesetzte Bremsleuchte kann in eine Heckfensterscheibe eines Kraftfahrzeugs eingebettet oder auch im Dachbereich der Karos serie eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Sie kann transpa rent ausgebildet sein.
Die Pixeldichte einer solchen Bremsleuchte mit einer Anordnung aus m-LEDs kann mindestens 10 PPI betragen und der Pixelabstand höchstens 2,5 mm. Es ist möglich bei den hier beschriebenen Leuchten jeweils ein m-LED Array als eine einzelne Leuchtdiode anzusehen und so die Leuchte aus mehreren derartigen m-LED- Arrays zu gestalten. Jedes m-LED-Array kann dabei individuell ansteuerbar sein.
Gemäß einem Aspekt kann die Vorrichtung ein m-Display umfassen, das an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dadurch lassen sich Informationen an Personen außerhalb des Fahrzeugs übertragen und so die Sicherheit für alle Verkehrs teilnehmer erhöhen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Pixeldichte der Anordnung von lichtemittierenden Dioden des Displays mindestens 100 PPI betragen und der Pixelabstand höchs tens 0,25 mm betragen und zusätzlich in die Fahrzeugkarosserie integriert sein. Nach einem Aspekt kann die Form des Displays einer Kontur der Fahrzeugkarosserie angepasst sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann eine Steuereinrichtung für das Display vorgesehen sein, die eine Steuerung des Displaybetriebs durch einen Nutzer oder ein Computerprogramm ermöglicht. Zudem kann mindestens ein Sensor oder Detektor vorgesehen sein derart, dass die Anzeige des Displays in Abhängigkeit von Messsignalen des mindestens einen Sensors oder Detektors von der Steuerein richtung gesteuert wird. Zusätzlich oder optional kann die Steu ereinrichtung für das Display eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, so dass an das Display Informationen oder Steuersig- nale übertragen werden können. Ebenso können beispielsweise Stati oder Betriebsparameter vom Display an externe Einrichtun gen über die Kommunikationsschnittstelle weitergegeben werden, im Fall eines Kraftfahrzeugs, kann die Steuereinrichtung zum Empfang von Information außerhalb des Kraftfahrzeugt ausgeführt sein.
In einem weiteren Gesichtspunkt weist die Steuereinrichtung eine Aufnahmeeinrichtung auf oder kann von einer solchen Informati onen und Daten empfangen. Die Aufnahmeeinrichtung kann als Ein- heit zur Erkennung des Umfelds des Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann zur Erkennung von beweglichen und/oder nicht beweglichen Hindernissen ausgebildet sein. Ins besondere kann die Aufnahmeeinrichtung zur Erkennung von Per sonen, Fahrbahnen, Verkehrszeichen oder anderen Verkehrsteil- nehmern ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann einen Strahlungsemitter mit Strahlungsempfänger umfassen. Die Aufnah meeinrichtung kann eine Kamera umfassen und so sichtbares oder nicht sichtbares Licht aufnehmen. Gemäß einem Aspekt können das Kamerasystem bzw. die Aufnahmeeinrichtung außerhalb und/oder innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Gemäß einem Aspekt kann das außerhalb angeordnete Kamerasystem sowohl nach außen als auch nach innen gerichtet sein. Nach außen gerichtet bedeutet, dass das Kamerasystem Licht ( elektromagne- tische Strahlung im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich) aufnehmen kann, dass von außerhalb des Fahrzeugs in das Kame rasystem strahlt. Nach innen gerichtet kann bedeuten, dass das Kamerasystem Licht empfängt, das von innerhalb des Fahrzeugs ausgestrahlt wird. Alternativ kann das Kamerasystem auch inner- halb angeordnet sein. Das so angeordnete Kamerasystem sowohl nach außen als auch nach innen gerichtet sein. Nach außen ge richtet bedeutet, dass das Kamerasystem Licht (elektromagneti sche Strahlung im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich) aufnehmen kann, dass von außerhalb des Fahrzeugs in das Kame- rasystem strahlt. Nach innen gerichtet kann bedeuten, dass das Kamerasystem Licht empfängt, das von innerhalb des Fahrzeugs ausgestrahlt wird.
Gemäß einem Aspekt kann die Aufnahmeeinrichtung, insbesondere das Kamerasystem, die Funktion von Spiegeln am Fahrzeug abbil den. Gemäß einem Aspekt können die Spiegel Außenspiegel und/oder Rückspiegel des Fahrzeugs sein. Hierfür kann gemäß einem Aspekt das Kamerasystem innerhalb und/oder außerhalb des Fahrzeugs an geordnet sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das gesamte Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen oder nur einen vordefinierten Teilbereich des Umfelds des Fahrzeugs. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung darauf gerichtet sein, einen vorderen Bereich und/oder einen hinteren Bereich des Fahrzeugs aufzunehmen. Insbesondere kann die Aufnahmeein- richtung darauf gerichtet sein, einen Bereich des Fahrzeugs abzudecken, der für den Fahrzeugführer nicht sichtbar ist. Bei spielsweise kann ein nicht sichtbarer Bereich für den Fahrzeug führer aus dessen Sicht hinter den A-, B-, C- oder D-Säulen des Fahrzeugs angeordnet sein. Ein vorderer Bereich im Sinne der vorliegenden Offenbarung, liegt im Bereich des Fahrzeugs, der der typischen Hauptfahrt richtung voraus liegt. Der vordere Bereich des Fahrzeugs liegt im Wesentlichen in dem Bereich, der dem Fahrzeugführer er- scheint, wenn er durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs blickt. Ein hinterer Bereich im Sinne der vorliegenden Offen barung, liegt im Bereich des Fahrzeugs, der hinter der typischen Hauptfahrtrichtung liegt. Der hintere Bereich des Fahrzeugs liegt im Wesentlichen in dem Bereich, der dem Fahrzeugführer erscheint, wenn er durch die Heckscheibe des Fahrzeugs blickt. Gemäß einem Aspekt kann die Aufnahmeeinrichtung ein berührungs empfindliches Panel umfassen. Das berührungsempfindliche Panel kann vorzugsweise innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Das berührungsempfindliche Panel kann auch außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Gemäß einem Aspekt kann die Aufnahmeeinrich tung mit einer Ausgabeeinrichtung integriert und/oder kombi niert sein. Ebenso können die Aufnahmeeinrichtung und eine Aus gabeeinrichtung auf einem Panel integriert und/oder kombiniert sein .
Ein anderer Gesichtspunkt betrifft die Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet zur Übertragung und Verar beitung von Signalen bzw. Informationen. Gemäß einem Aspekt empfängt die Steuereinrichtung Signale bzw. Informationen von der Aufnahmeeinrichtung, verarbeitet diese und gibt die verar beiteten Signale bzw. Informationen an eine Ausgabeeinrichtung weiter. Die Signale bzw. Informationen können zum Beispiel all gemeine Informationen zum Fahrzeugstatus umfassen. Die Signale bzw. Informationen können zum Beispiel Informationen aus dem Fahrzeugumfeld, aus dem Fahrzeuginneren, Informationen zum Fahrzeugführer oder innerhalb des Fahrzeugs befindlichen Per sonen, Personen außerhalb des Fahrzeugs oder Informationen zu möglichen Hindernissen oder Hinweisen aus dem Fahrzeugumfeld umfassen . Gemäß einem Aspekt umfasst die Steuereinrichtung eine oder meh rere Recheneinheiten. Die Recheneinheiten können derart einge richtet sein, dass diese die empfangenen Signale von der Auf nahmeeinrichtung sammeln, auswerten und verarbeiten. Die Steu- ereinrichtung kann Teil eines Bordcomputers des Fahrzeugs sein. Der Bordcomputer kann dazu eingerichtet sein, Informationen des Fahrzeugs zu verarbeiten, die außerhalb der Aufnahmeeinrichtung eingelesen/eingespeist werden. Gemäß einem Aspekt ist die Steu ereinrichtung oder zumindest ein Teil davon außerhalb des Fahr- zeugs angeordnet. Beispielsweise kann ein Teil der Steuerein richtung in einer Cloud eingerichtet sein. Der im Fahrzeug ver bleibende Teil der Steuerungseinrichtung kann hierzu durch eine drahtlose Verbindung mit der Cloud verbunden sein. Die Cloud kann dazu eingerichtet sein, die Informationen zu sammeln aus- zuwerten und zu verarbeiten und anschließend an das Fahrzeug, insbesondere an eine Ausgabeeinrichtung innerhalb oder außer halb des betreffenden Fahrzeugs, zurückzusenden. Gemäß einem Aspekt kann die Steuereinrichtung in oder an der Aufnahmeein richtung angeordnet sein. Gemäß einem Aspekt können Teile der Steuereinrichtung in oder an der Aufnahmeeinrichtung und/oder in oder an der Ausgabeeinrichtung und/oder innerhalb und/oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Ausgabeeinrichtung. Die Aus- gabeeinrichtung ist dazu eingerichtet Informationen in vorbe stimmter Weise auszugeben. Hierzu kann die Ausgabeeinrichtung eine oder mehrere Anzeigeeinheiten umfassen (im Folgenden Bild schirm, Display und/oder Anzeige bzw. Anzeigeeinheit und/oder Anzeigetafel genannt) . Die Anzeigeeinheit kann unterschiedli- che, vordefinierte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann die Anzeigeeinheit eine vordefinierte Größe, Form, Auflösung (Pixeldichte bzw. Pixelabstand) und/oder Kontrastverhältnis (englisch auch „dynamic ratio" oder „dynamic ränge" genannt) aufweisen . Nach einem Aspekt kann die Anzeigeeinheit direkt oder indirekt auf Komponenten angeordnet sein. D. h., dass die Anzeigeeinheit Komponenten, insbesondere Fahrzeugkomponenten, umfassen kann. Gemäß einem Aspekt kann die Anzeigeeinheit als ein Teil dieser Komponente ausgebildet sein. Gemäß einem Aspekt kann die Anzei geeinheit eine Komponente, insbesondere Fahrzeugkomponente, ausbilden. Beispielhaft ist bezüglich der Eigenschaften auf die Ausführungen in der vorliegenden Offenbarung zu den verschie denen Anwendungen in der Tabelle verwiesen.
Gemäß einem Aspekt kann die Anzeigeeinheit ein oder mehrere Displays (auch Bildschirm, Anzeige oder Anzeigetafel genannt) umfassen. Die Displays können unterschiedliche, vorbestimmte Eigenschaften aufweisen. Die Eigenschaften der Displays können Größe, Form, Auflösung und/oder Kontrastverhältnis umfassen. Die Displays können direkt/indirekt auf Komponenten angeordnet sein. D. h. , dass die Displays Komponenten, insbesondere Fahr zeugkomponenten, umfassen können und dadurch einen Teil dieser Komponenten ausbilden können. Gemäß einem Aspekt kann die An- Zeigeeinheit Beispielsweise als Dachhimmel, Mittelkonsole, Dis play in einer Säule, als Säule selbst und/oder als Statusdisplay eines Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die hier dargestellten Anwendungsbeispiele gerade in einem Kraftfahrzeug bedingen zum Teil gekrümmte oder zumindest nicht planare und gerade Oberflächen. Daher erscheint es zweckmäßig, mit den in dieser Anmeldung offenbarten Herstellungstechniken und Bauelementen bzw. Strukturen gekrümmte Anzeigevorrichtungen zu schaffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevor richtung einen Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Der Träger ist bevorzugt zusammenhängend und/oder einstückig ausgebildet. Der Träger kann Glas oder Kunststoff oder Metall umfassen oder daraus bestehen. Insbesondere ist der Träger selbsttragend. Der Träger ist bevorzugt steif, also nicht oder nur unwesentlich biegbar.
Die Vorderseite und die Rückseite sind einander gegenüberlie- gende Seiten des Trägers. Eine mittlere Dicke des Trägers, ge messen von der Vorderseite zur Rückseite, beträgt beispielsweise zumindest 1 mm oder zumindest 5 mm oder zumindest 10 mm. Eine Fläche der Vorderseite beträgt beispielsweise zumindest 1 cm2 oder zumindest 10 cm2 oder zumindest 100 cm2 oder zumindest 500 cm2. Alternativ oder zusätzlich kann die Fläche der Vorderseite höchstens 5 m2 oder höchstens 1 m2 oder höchstens 3000 cm2 betragen .
In einigen Aspekten umfasst die Anzeigevorrichtung ein selbst- tragendes Anzeigesegment, das auf die Vorderseite des Trägers aufgebracht ist. Das Anzeigesegment ist bevorzugt auf dem Träger befestigt. Beispielsweise ist das Anzeigesegment auf die Vor derseite des Trägers aufgeklebt oder aufgesteckt. Das Anzei gesegment ist insbesondere aber nicht auf dem Träger herge- stellt. Vielmehr ist das Anzeigesegment eine vom Träger separat hergestellte Komponente, die erst nach Fertigstellung des Trä gers und des Anzeigesegments auf den Träger aufgebracht ist.
Der Begriff „selbsttragend" bedeutet vorliegend, dass ein Ele- ment auch ohne von dem Träger oder von irgendeinem weiteren Träger, der nicht Teil des Elements ist, gestützt zu sein, mechanisch stabil ist. Das Element trägt und stabilisiert sich also selbst. Dazu können die Materialien des Elements und/oder das Dicke- zu Ausdehnungsverhältnis entsprechend gewählt sein. Beispielsweise kann das selbsttragende Element mittels eines Greifwerkzeuges an einer Ecke oder einer Kante des Elements gegriffen werden und ohne weitere, stabilisierende Komponente alleine mithilfe des Greifwerkzeuges transportiert werden. Da bei wird das Element nicht zerbrochen oder zerstört. Es kann sich dabei jedoch biegen oder krümmen. Beispielsweise wird ein selbstragendes Element vertikal transportiert, um eine sehr starke Verkrümmung während des Transports zu vermeiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Anzeigeseg- ment ein Substrat mit einer elektrisch leitenden Anschluss schicht und einer elektrisch isolierenden Schicht sowie zumin dest ein optoelektronisches Bauelement.
Das Substrat ist bevorzugt die stabilisierende Komponente des Anzeigesegments. Das Substrat weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Eine maximale laterale Ausdehnung des Substrats, gemessen entlang der Oberseite, beträgt zum Beispiel zumindest 1 cm oder zumindest 5 cm oder zumindest 10 cm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die maximale laterale Ausdehnung des Sub- strats höchstens 50 cm oder höchstens 30 cm oder höchstens 15 cm betragen. Eine mittlere Dicke des Substrats, gemessen zwi schen der Oberseite und der Unterseite, beträgt beispielsweise zumindest 30 pm oder zumindest 100 pm oder zumindest 500 pm oder zumindest 1 mm.
Die elektrisch leitende Anschlussschicht umfasst beispielsweise eine dielektrische Schicht, zum Beispiel aus Si02, in die Me tallstrukturen, beispielsweise aus Al, Au, Cu oder Mo, einge bettet sind. Die Anschlussschicht umfasst beispielsweise eine Schaltstruktur, zum Beispiel mit einem Dünnschicht-Schaltkreis. Die Anschlussschicht kann ein oder mehrere Dünnfilmtransistoren umfassen. Insbesondere ist die Anschlussschicht mittels eines TFT-Herstellungsprozesses herstellbar oder hergestellt. Die An schlussschicht weist beispielsweise eine Dicke zwischen ein- schließlich 50 nm und 1 pm auf.
Die elektrisch isolierende Schicht umfasst oder besteht bei spielsweise aus einem organischen Material, zum Beispiel ein Polyimid oder Polyester oder Polyurethan oder Glas . Die elektrisch isolierende Schicht kann einstückig ausgebildet sein. Bei der elektrisch isolierenden Schicht kann es sich um eine Folie handeln. Die Anschlussschicht kann auf der elektrisch isolierenden Schicht hergestellt sein, zum Beispiel in einem TFT-Prozess. Die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht be trägt beispielsweise zumindest 10 pm oder zumindest 50 pm oder zumindest 100 pm. Insbesondere bildet die elektrisch isolierende Schicht eine das Anzeigesegment stabilisierende Komponente. Be vorzugt erstreckt sich die elektrisch isolierende Schicht über die gesamte laterale Ausdehnung des Anzeigesegments. Eine der Anschlussschicht zugewandte Seite der elektrisch isolierenden Schicht kann vollständig von der Anschlussschicht bedeckt sein.
Das optoelektronische Bauelement ist insbesondere zur Emission oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt von sichtbarem Licht, eingerichtet. Insbesondere umfasst das optoelektronische Bauelement eine p-LED. Der Halbleiterchip ba siert beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiterma- terial . Das optoelektronische Bauelement ist auf der Oberseite des Substrats angeordnet und befestigt. Eine maximale laterale Ausdehnung des optoelektronischen Bauelements ist geringer, beispielsweise um einen Faktor von zumindest 10 oder zumindest 100, als die maximale laterale Ausdehnung des Substrats.
Nach einem möglichen Aspekt ist das optoelektronische Bauele ment auf der Anschlussschicht angeordnet und elektrisch leitend mit der Anschlussschicht verbunden. Über die Anschlussschicht kann das optoelektronische Bauelement bestromt und angesteuert werden .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die elektrisch isolie rende Schicht auf einer dem optoelektronischen Bauelement ab gewandten Seite der Anschlussschicht und zwischen dem Träger und der Anschlussschicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht bildet beispielsweise die Unterseite des Substrats. Insbesondere bildet die der Anschlussschicht abgewandte Seite der elektrisch isolierenden Schicht im unmontierten Zustand eine Außenseite des Anzeigesegments. Die elektrisch isolierende Schicht kann in direktem Kontakt zur Vorderseite des Trägers stehen .
In einem weiteren Aspekt ist die elektrisch isolierende Schicht einfach zusammenhängend ausgebildet. Das heißt, die elektrisch isolierende Schicht ist im Rahmen der Herstellungstoleranz frei von Löchern oder Durchkontaktierungen, die sich durch die elektrisch isolierende Schicht erstrecken. Die elektrisch iso lierende Schicht erstreckt sich bevorzugt durchgehend und ohne Unterbrechungen über die gesamte laterale Ausdehnung des Anzei gesegments. Bevorzugt ist eine der Anschlussschicht abgewandte Seite der elektrisch isolierenden Schicht frei von elektrischen Leitungen. Insbesondere sind zwischen dem Träger und der elektrisch isolierenden Schicht keine elektrischen Leitungen vorhanden .
Gemäß einigen Aspekten umfasst der Träger zumindest eine Öff nung, die sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckt. Bei der Öffnung handelt es sich um ein Loch in dem Träger, das vollständig durch den Träger hindurchgeht. In Draufsicht auf die Vorderseite ist die Öffnung von einer zusammenhängenden Bahn aus dem Träger vollständig umgeben. Das Anzeigesegment ist bei spielsweise so auf der Vorderseite angeordnet, dass es die Öff nung nicht oder nur teilweise oder vollständig überdeckt.
Nach einem weiteren Aspekt ist das Anzeigesegment über eine elektrische Leitung, die sich durch die Öffnung hindurch er streckt, von der Rückseite des Trägers aus elektrisch kontak tierbar. Das heißt, durch die Öffnung erstreckt sich eine elekt rische Leitung, die von der Vorderseite bis zur Rückseite reicht und die elektrisch mit dem Anzeigesegment verbunden ist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Anzeigevorrichtung fließt ein Strom von der Rückseite aus durch die Öffnung bis zu dem opto elektronischen Bauelement. Die elektrische Leitung ist insbe sondere mit der Anschlussschicht des Anzeigesegments elektrisch verbunden .
In einem Aspekt umfasst die Anzeigevorrichtung einen Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite und ein selbstragendes Anzeigesegment, das auf die Vorderseite des Trägers aufgebracht ist. Das Anzeigesegment umfasst ein Substrat mit einer elektrisch leitenden Anschlussschicht und einer elektrisch iso lierenden Schicht sowie zumindest ein optoelektronisches Bau element. Das optoelektronische Bauelement ist auf der Anschluss schicht angeordnet und elektrisch leitend mit der Anschluss schicht verbunden. Die elektrisch isolierende Schicht ist auf einer dem optoelektronischen Bauelement abgewandten Seite der Anschlussschicht und zwischen dem Träger und der Anschluss schicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht ist ein fach zusammenhängend ausgebildet. Der Träger umfasst eine Öff nung, die sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckt. Das Anzeigesegment ist über eine elektrische Leitung, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, von der Rückseite des Trägers aus elektrisch kontaktierbar.
Das vorliegende Konzept beruht unter anderem auf der Idee, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, bei der das Anzeigesegment selbst keine Durchkontaktierungen aufweist, die durch das Sub strat des Anzeigesegments reichen. Das heißt, das Substrat des Anzeigesegments weist nur auf einer Seite, nämlich nur im Be reich der Anschlussschicht, Leiterstrukturen auf. Solche Anzei- gesegmente sind kostengünstig herstellbar und können insbeson dere flexibel oder biegbar gestaltet werden. Dies ist vorteil haft, wenn der Träger eine gekrümmte Vorderseite beziehungsweise eine Freiform aufweist, wie es zum Beispiel in einigen Dis playanwendungen gewünscht ist. Solche Anzeigesegmente ohne Durchkontaktierungen müssen auf dem Träger, insbesondere von der Rückseite des Trägers her, elektrisch kontaktiert werden. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der Träger eine Öffnung aufweist, durch die hindurch sich eine elektrische Leitung erstreckt, mittels der das Anzeigesegment elektrisch kontaktierbar ist. Dann sind Durchkontaktierungen in dem Anzeigesegment nicht nö tig . Nach einigen Aspekten und Ausführungen ist das Anzeigesegment, insbesondere das Substrat des Anzeigesegments, flexibel oder biegbar ausgebildet. Damit ist bevorzugt eine reversible Bieg samkeit gemeint. Zum Beispiel kann das Anzeigesegment zwischen einem Zustand mit einer im Wesentlichen flachen Oberseite des Substrats und einem Zustand mit einer gekrümmten Oberseite des Substrats, wobei dann ein Krümmungsradius der Oberseite zum Beispiel weniger als 1 m oder weniger als 10 cm oder weniger als 1 cm beträgt, reversibel hin und her gebogen werden. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Vorderseite des Trägers dort wo das Anzeigesegment aufgebracht ist eine konkave und/oder konvexe Krümmung auf. Beispielsweise beträgt ein Krüm mungsradius der Vorderseite in diesem Bereich weniger als 5 m oder weniger als 1 m oder weniger als 50 cm.
In einem weiteren Aspekt ist die elektrische Leitung durch eine Lasche des Substrats gebildet, wobei die Lasche durch die Öff nung hindurchgesteckt ist. Die Lasche ist bevorzugt ein Teil des Substrats, der bezüglich dem übrigen Substrat reversibel biegbar ist. Ein Krümmungsradius im Bereich zwischen der Lasche und dem übrigen Substrat kann beispielsweise auf einen Wert von weniger als 5 cm oder weniger als 1 cm oder weniger als 1 mm oder weniger als 0,1 mm eingestellt werden, ohne dass das Sub strat zwischen der Lasche und dem übrigen Substrat bricht oder reißt. Die Lasche umfasst zum Beispiel einen Teil der Anschluss schicht und bildet dadurch eine elektrische Leitung.
Die mittlere Dicke des Substrats im Bereich der Lasche weicht bevorzugt um weniger als 10 % von der mittleren Dicke des üb rigen Substrats ab. Insbesondere umfasst die Lasche einen Teil der elektrisch isolierenden Schicht. Die Lasche ragt bevorzugt vollständig durch die Öffnung des Trägers hindurch. Ein Teil der Lasche kann an der Rückseite aus der Öffnung herausragen. Beispielsweise ragt dieser Teil zumindest 0,5 cm oder zumindest 1 cm aus der Öffnung heraus.
Gemäß weiteren Aspekten ist auf dem an der Rückseite herausra genden Teil der Lasche ein aktives oder passives elektronisches Bauteil angeordnet und elektrisch mit dem Substrat verschaltet. Insbesondere ist das aktive oder passive elektronische Bauteil über die Anschlussschicht elektrisch leitend mit dem optoelekt ronischen Bauelement verschaltet. Das Bauteil dient zum Beispiel als Treiber für das Anzeigesegment. Bei dem elektronischen Bau- teil kann es sich um einen Halbleiterchip, beispielsweise einen IC-Chip, oder ein Steuerelement für das optoelektronische Bau element handeln. Das elektronische Bauteil ist bevorzugt wie das optoelektronische Bauelement auf der Oberseite des Substrats angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann ein solches elekt- ronisches Bauteil auch auf dem Substrat und auf der der gleichen Seite des Trägers wie das optoelektronische Bauelement angeord net sein.
Das Substrat des Anzeigesegments kann die Öffnung in dem Träger zumindest teilweise überdecken. Die elektrisch isolierende Schicht ist im Bereich der Öffnung teilweise oder vollständig entfernt und die elektrische Leitung ist im Bereich der Öffnung zur Anschlussschicht geführt und elektrisch mit der Anschluss schicht verbunden. Insbesondere ist im Bereich der Öffnung die elektrisch isolierende Schicht soweit aus dem Substrat entfernt, dass die Anschlussschicht an einer der Oberseite des Substrats abgewandten Seite zugänglich ist.
Die elektrische Leitung kann dann beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Schicht, wie eine Metallschicht oder eine Sinter-/Leitpaste, zum Beispiel aus Ag, gebildet sein, die in elektrischem Kontakt mit der Anschlussschicht steht. Die elekt rische leitfähige Schicht kann ausgehend von der Anschluss schicht formschlüssig über Seitenwände der Öffnung bis auf die Rückseite des Trägers geführt sein. Zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Träger kann eine Isolationsschicht angeordnet sein. In diesem Fall ist bevorzugt kein Teil des Substrats durch die Öffnung hindurchgesteckt.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das Anzeigesegment eine Mehr zahl von m-LEDs, wobei jede m-LED oder Tripel von m-LED einem Bildpunkt oder Pixel des Anzeigesegments zugeordnet, insbeson dere eineindeutig zugeordnet ist. Zum Beispiel sind die opto elektronischen Bauelemente auf dem Substrat in einem regelmä ßigen Muster, beispielsweise einem Rechteckmuster, angeordnet. Jedes der optoelektronischen Bauelemente kann einzeln und un abhängig von den übrigen optoelektronischen Bauelementen an steuerbar sein. Durch jedes Bauelement kann somit ein Bildpunkt oder Pixel eines Displays bzw. ein Subpixel realisiert sein. Alle zuvor im Zusammenhang mit einem optoelektronischen Bauele ment offenbarten Merkmale können auch für alle weiteren opto elektronischen Bauelemente eines Anzeigesegments gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anzeigevor richtung eine Mehrzahl von Anzeigesegmenten, die auf der Vor derseite des Trägers aufgebracht sind. Die Anzeigesegmente kön nen nahezu nahtlos nebeneinander angeordnet sein. Jedem Anzei gesegment kann eine Öffnung des Trägers zugeordnet, insbeson dere eineindeutig zugeordnet sein. Alle bisher beschriebenen Merkmale für ein Anzeigesegment können auch für alle weiteren Anzeigesegmente gelten. Insbesondere liegen die Anzeigesegmente auf der Vorderseite des Trägers bündig aneinander. Der Abstand zweier benachbarter optoelektronischer Bauelemente eines ge meinsamen Anzeigesegments weichen bevorzugt von dem Abstand zweier optoelektronischer Bauelemente von zwei benachbarten An zeigesegmenten unmerklich, beispielsweise um höchstens 10 % ab.
Eine Anzeigevorrichtung mit einem einzigen Träger und mit einem einzigen oder mehreren darauf angebrachten Anzeigesegmenten kann als Display, beispielsweise in einem Fahrzeug, verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Anzeigevorrichtung eine Mehrzahl von Trägern umfasst, die jeweils ein oder mehrere darauf angebrachte Anzeigesegmente umfassen. Die einzelnen Trä ger können nebeneinander angeordnet sein und beispielsweise über ein Gestell mechanisch miteinander verbunden sein. Auf diese Weise kann beispielsweise eine große Videoleinwand mit Abmes sungen von mehr als 1 m und bis zu 10 m realisiert sein.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anzei- gevorrichtung angegeben. Das Verfahren eignet sich insbeson dere, um eine wie zuvor beschriebene Anzeigevorrichtung herzu stellen. Alle im Zusammenhang mit der Anzeigevorrichtung offen barten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ei nen Schritt A) , in dem ein Träger mit einer Vorderseite, einer Rückseite sowie zumindest einer Öffnung, die sich von der Vor derseite bis zur Rückseite erstrecken, bereitgestellt wird. In einem Schritt B) wird ein selbsttragendes Anzeigesegment be reitgestellt. Das Anzeigesegment umfasst ein Substrat mit einer elektrisch leitenden Anschlussschicht und einer einfach zusam menhängenden, elektrisch isolierenden Schicht und zumindest ein optoelektronisches Bauelement. Das optoelektronische Bauelement ist auf der Anschlussschicht angeordnet und elektrisch leitend mit der Anschlussschicht verbunden. Die elektrisch isolierende Schicht ist auf einer dem Bauelement abgewandten Seite der An schlussschicht angeordnet. In einem Schritt C) wird das Anzei gesegment auf der Vorderseite des Trägers aufgebracht. In einem Schritt D) wird eine elektrische Leitung ausgebildet, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, so dass das Anzeigesegment von der Rückseite des Trägers aus über die elektrische Leitung elektrisch kontaktierbar wird.
Die Schritte A) bis D) werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Substrat eine Lasche, die im Schritt D) durch die Öffnung hindurchgesteckt wird und die die elektrische Leitung bildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Anzeigesegment im Schritt C) so angeordnet, dass die elektrisch isolierende Schicht die Öffnung zumindest teilweise überdeckt. Im Schritt D) wird die elektrisch isolierende Schicht im Bereich der Öff nung entfernt, zum Beispiel über Laserabtragung, und anschlie ßend wird die elektrische Leitung im Bereich der Öffnung zur Anschlussschicht geführt und elektrisch mit der Anschluss schicht verbunden. Zum Beispiel wird als elektrische Leitung eine elektrisch leitfähige Schicht im Bereich der Öffnung aus gebildet, zum Beispiel durch Jetten. Zuvor kann als elektrische Isolierung zwischen dem Träger und der elektrischen Leitung eine Isolationsschicht auf den Träger im Bereich der Öffnung aufge bracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden Abschnitt werden einige ober erwähnten und zusam mengefasten Aspekten unter Gebrauch von verschiedenen Ausfüh rungen und Beispielen detaillierter erklärt. Figur 1A zeigt ein Diagramm, das einige Anforderungen für so genannte m-Displays oder mikroanzeigen von verschiedener Größe in Hinblick auf das Sichtfeld und den Pixelabstand des m-Dis- plays illustriert;
Figur 1B zeigt ein Diagramm zur räumlichen Verteilung der Stäb chen und Zäpfchen im Auge eines Menschen;
Figur IC zeigt ein Schaubild der Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Auges mit zugeordneten Projektionsbereichen;
Figur ID ist eine Abbildung, welche die Sensitivität der Stäb chen und Zäpfchen über die Wellenlänge darstellt; Figur 2A stellt ein Diagramm dar, das einige Anforderungen für Mikroanzeigen von verschiedener Größe in Hinblick auf das Sicht feld und den Kollimierungswinkel eines Pixels des m-Displays illustriert ; Figur 2B illustriert eine exemplarische Ausführung einer Pi xelanordnung, um die in Figur 1A und 2A benutzten Parameter zu illustrieren;
Figur 3A zeigt ein Diagramm, das die von dem Sichtfeld für eine spezifische Auflösung abhängige Anzahl der erforderlichen Pixel illustriert;
Figur 3B ist eine Tabelle mit bevorzugten Anwendungsgebieten für m-LED-Arrays ;
Figur 4A stellt eine Prinzipdarstellung eines m-LED Displays dar mit wesentlichen Elementen zur Lichterzeugung und Lichtfüh rung; Figur 4B zeigt eine schematische Darstellung eines m-LED-Arrays mit gleichartigen m-LEDs;
Figur 4C ist eine schematische Darstellung eines m-LED-Arrays mit m-LEDs unterschiedlicher Lichtfarbe;
Figur 5A und Figur 5B zeigen zwei Beispiele für eine Struktur oder Strahlführung und Kollimierung; Figur 6 illustriert ein Beispiel einer geschlitzten Antenne nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 7A bis 7C illustrieren ein Beispiel für lichtemittierende Vorrichtungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die geeignet sind, Licht verschiedener Farbe zu erzeugen;
Figur 8A bis 8F zeigt verschiedene Beispiele einer geschlitzten Antenne, die zur Lichtemission in einem Halbleitermaterial re alisiert ist;
Figur 9 illustriert die Abstrahlcharakteristik für ein einfa ches Beispiel einer geschlitzten Antenne nach Figur 8A;
Figur 10 zeigt zwei exemplarische Ausführungen einer geschlitz- ten Antenne mit zusätzlicher auf der Emissionsoberfläche ange ordneter Optik;
Figur 11 zeigt ein weiteres Beispiel einer geschlitzten Antenne, um Licht einer definierten Farbe zu erzeugen;
Figur 12 bis 19 zeigen einen Schritt zur Herstellung eines Pixels aus Paaren von m-LEDs in Barrenform mit einer Konverter schicht zwischen den Paaren in Darstellung eines Querschnitts; Figur 20 illustriert einen Schritt einer ersten Kontaktierung eines vorgeschlagenen Pixels mit Paaren von m-LEDs in einer Draufsicht ; Figur 21 zeigt den Schritt der ersten Kontaktierung eines vor geschlagenen Pixels in Darstellung eines Längsschnitts gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes;
Figur 22 stellt einen Schritt einer zweiten Kontaktierung eines vorgeschlagenen Pixels in Darstellung eines Querschnittes gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes dar;
Figur 23 zeigt den Schritt der zweiten Kontaktierung eines vor geschlagenen elektronischen Bauelements in Darstellung eines Längsschnitts;
Figur 24 zeigt den Schritt zur Herstellung eines Pixel nach der vorherigen Figur in Darstellung eines Querschnitts; Figur 25A ist eine Ausführungsform eines Pixels mit angeordneter lichtformenden Struktur und verschiedenen Ansteuerungsmöglich keiten nach einigen Aspekten dieser Offenbarung;
Figur 25B zeigt eine Draufsicht über die photonische Struktur.
Figur 25C zeigt eine weitere Draufsicht über verschiedene Po sitionierungsmöglichkeiten von Subpixel verschiedener Pixel, gemäß einigen Aspekten der Figur 25A; Figur 26 ist ein Ausführungsbeispiel eines m-Rods als Startma terial zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer m-LED;
Figur 27A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer m-LED mit einer horizontal zum Träger ausgerichteten m-Rod Struktur; Figur 27B stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Kontaktierung auf einer Unterseite des m-Rods erfolgt;
Figur 28 bis 37 illustrieren ein Ausführungsbeispiel eines vor- geschlagenen Verfahrens zur Herstellung einer Gruppe von drei horizontal zum Träger ausgerichteten und kontaktierten m-LEDs nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 38 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines horizon- tal ausgerichteten m-Rods nach einigen Aspekten in einem Längs schnitt ;
Figur 39 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorgeschlagenen Gruppe mit drei m-LEDs mit einer darauf ange- ordneten Konverterschicht nach einigen dargelegten Aspekten;
Figur 40 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gruppe mit drei horizontal ausgerichteten m-Rods und einer reflektie renden Schicht auf dem Träger;
Figur 41A zeigt eine Draufsicht auf eine Pixelanordnung mit drei horizontal ausgerichteten m-Rods, die zur Lichtabgabe mit un terschiedlichen Wellenlängen geeignet sind; Figur 41B ist die Seitenansicht der Ausführungsform der vorhe rigen Figur;
Figur 42 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel nach ei nigen vorgeschlagenen Aspekten einer Gruppe mit drei ausgerich- teten m-Rods, die jeweils eine m-LED bilden m-LEDs in einer Draufsicht ;
Figur 43 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorge schlagenen Gruppe mit drei m-Rods im Querschnitt, die wegen unterschiedlicher Geometrie zur Abgabe von Licht unterschied licher Wellenlänge ausgebildet sind;
Figur 44 illustriert das Ausführungsbeispiel einer Gruppe von drei vorgeschlagenen m-Rods als elektronenmikroskopische Auf nahme in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 45 zeigt eine Darstellung von emittierten Wellenlängen eines Ausführungsbeispiels einer Gruppe von drei vorgeschlage- nen m-Rods;
Figur 46 illustriert eine weitere Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels einer Gruppe von drei vorgeschlagenen m-Rods in einem Querschnitt, die gemeinsam ein Pixel bilden;
Figur 47A bis 47D zeigen eine Ausgestaltung eines Herstellungs verfahren einer m-LED, welche auf einer vordefinierten Form schicht des Trägersubstrats gewachsen wird; Figur 48 illustriert eine fertiggestellte Ausführung einer m- LED nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 49 zeigt eine zweite Ausführung einer m-LED, die auf einer vordefinierten Formschicht des Trägersubstrats gewachsen wurde und einige weitere Aspekte aufweist;
Figur 50 ist eine erste Kontur der Formschicht zur Herstellung einer m-LED nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzep tes ;
Figur 51 stellt eine Ausgestaltung einer zweiten Kontur der Formschicht zur Herstellung einer m-LED; Figur 52 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer m-LED ge wachsen auf einer Formschicht mit einigen der vorgeschlagenen Aspekten; Figur 53 ist eine vierte Ausführung einer m-LED, die auf einer Formschicht mit einer definierten Orientierung des Trägers epi taktisch erzeugt wurde;
Figur 54A bis 54B zeigen eine fünfte Ausführung einer m-LED mit einigen der vorgeschlagenen Aspekten und einen Herstellungszwi- schensehritt ;
Figur 54C zeigt eine vierte Ausführung einer m-LED mit einer zusätzlich angebrachten photonischen Kristallstruktur sowie ei- ner Kontaktierung zum elektrischen Kontakt an eine Steuerschal tung;
Figur 54D zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die photonische Struktur auf der Rückseite angeordnet ist;
Figur 54E zeigt eine weitere Ausführung mit photonischer Struk tur und Konvertermaterial;
Figur 55A bis 55E stellt eine Ausführungsform mit verschiedenen Verfahrensschritten dar zur Erzeugung eines Quantenwellinter- mixing in einer aktiven Schicht eines Halbleiterkörpers außer halb eine für eine Lichtemission vorgesehenen Bereichs nach einigen Gesichtspunkten des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 56 zeigt den Verlauf verschiedener Prozessparameter wäh rend einer Durchführung des Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Prinzip; Figur 57 ist ein Diagramm zum Verlauf einer relativen Leucht stärke über die Zeit zur Verdeutlichung einer Verminderung der Leuchtstärke bei optoelektronischen Bauelementen; Figur 58A bis 58F zeigt eine Ausführungsform mit verschiedenen Verfahrensschritten zu Herstellung einer Halbleiterstruktur mittels Quantenwellintermixings gemäß einigen Aspekten des vor gestellten Konzepts; Figur 59 zeigt einen beispielhaften Verlauf verschiedener Pro zessparameter während einer Durchführung des Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 60 stellt einen Ausschnitt aus einer Halbleiterstruktur dar zur Erläuterung verschiedener Gesichtspunkte des vorge stellten Konzeptes;
Figur 61 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung der Barrierenhöhe in Abhängigkeit des Betriebsstroms bei verschiedenen Dotierun- gen zur Erläuterung des vorgestellten Konzeptes;
Figur 62 ist ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung der Quan teneffizienz bei verschiedenen Barrierenhöhen zur Erläuterung des vorgestellten Konzeptes;
Figur 63 zeigt eine quadratische m-LED Struktur und zugehöriges Querschnittsprofil der Dotierstoffkonzentration zur Herleitung des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 64 illustriert in Draufsicht eine Halbleiterstruktur ei nes optoelektronischen Bauelement mit einem korrespondierenden Querschnittsprofil der Dotierstoffkonzentration gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips dar; Figur 65A bis 65C zeigt verschiedene Schritte eines Schichtauf- baus und damit eines Herstellungsverfahrens des optoelektroni schen Bauelementes unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Konzeptes ;
Figur 66 ist eine Darstellung der Bandlücke des optoelektroni schen Bauelementes nach dem vorgeschlagenen Konzept;
Figur 67A und 67B illustrieren je eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer zur Lichtemission geeigneten Halb leiterstruktur und zugehörige Querschnittsprofile der Bandlücke der Halbleiterstruktur gemäß einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts ; Figur 68A und 68B stellen eine Draufsicht auf eine weitere
Ausgestaltung einer zur Lichtemission geeigneten Halb leiterstruktur mit zugehörigem Querschnittsprofile der Bandlü cke nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes dar; Figur 69A und 69B sind eine Draufsicht einer dritten Ausgestal tung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts mit zugehörigem Querschnittsprofile der Bandlücke;
Figur 70A und 7 OB zeigen eine Draufsicht auf eine vierte Aus- gestaltung der Halbleiterstruktur und zugehörige Quer schnittsprofile der Bandlücke der Halbleiterstrukturen, wie sie in verschiedenen Aspekten realisiert ist;
Figur 71A bis 71C illustrieren einen Schichtaufbau und ein Ver- fahren zur Herstellung einer oder mehrere optoelektronischen
Bauelemente, insbesondere m-LEDs nach einigen Aspekten des vor gestellten Konzepts;
Figur 72 ist eine Darstellung der Bandlücke der Halbleiterstruk- tur nach dem vorgeschlagenen Konzept; Figur 73 illustriert ein Ausführungsbeispiel eines herkömmli chen optoelektronischen Bauelements, beispielsweise einer LED;
Figur 74 ist einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbei- spiels eines optoelektronischen Bauelements bzw. einer m-LED mit einer Stromeinschnürung nach einigen Aspekten des vorge stellten Konzeptes;
Figur 75 stellt einen Querschnitt in Draufsicht des ersten Aus- führungsbeispiels der m-LED;
Figur 76 zeigt eine Darstellung zur Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels ; Figur 77 illustriert einen Längsschnitt eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels einer m-LEDs mit magnetischen Elementen zur Stromeinschnürung;
Figur 78 zeigt einen Querschnitt in Draufsicht des zweiten Aus- führungsbeispiels der m-LED;
Figur 79 zeigt einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbei spiels einer m-LED mit weiteren Aspekten zur Stromeinschnürung; Figur 80 stellt einen Querschnitt in Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels der m-LED dar;
Figur 81 illustriert einen Längsschnitt eines vierten Ausfüh rungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements bzw. einer m-LED nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes;
Figur 82 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung einer m-LEDs mit Stromeinschnürung; Figur 83 stellt verschiedene Schritte eines Ausführungsbei spiels eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer umlaufenden Reflektorstruktur dar; Figur 84 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Arrays aus zwei m-LED mit einer dazwischenliegenden Reflektorstruktur im Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzep tes ; Figur 85 illustriert einen Teil des ersten Ausführungsbeispiels der m-LED nach dem vorgeschlagenen Prinzip als Draufsicht;
Figur 86 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays im Querschnitt mit einer dazwischen angeord- neten Reflektorstruktur;
Figur 87 ist eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen elektrisch kontaktierten m-LED im Quer schnitt ;
Figur 88 illustriert in einem dritten Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Arrays im Querschnitt weitere Aspekte des vor geschlagenen Konzeptes; Figur 89 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays im Querschnitt;
Figur 90 ist eine Ausführung mit mehreren vorgeschlagenen Arrays in einer Draufsicht zur Verdeutlichung weiterer Aspekte;
Figur 91 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays in einer Draufsicht; Figur 92 bis 94 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer m-LED im Querschnitt, welche in einem vorgeschlagenen Array angeordnet ist; Figur 95 stellt das Ausführungsbeispiel der Figuren 93 und 94 als Draufsicht dar;
Figur 96 zeigt einen Ausschnitt eines m-Displays mit mehreren m-LEDs und einer als gemeinsame Kathode ausgebildeten transpa- renten Kontaktierungsschicht in Draufsicht zur Erläuterung ei niger Aspekte;
Figur 97A und 97B illustrieren einige Pixelelemente mit m-LEDs und Kontaktierungsschicht sowie zwei Leiterbahnen nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts;
Figur 98A stellt einen Ausschnitt mit mehreren Pixelelementen mit m-LEDs, Leiterstrukturen für Anode und Kathode sowie m-LEDs mit Strahlformungselementen in Draufsicht dar;
Figur 98B zeigt eine weitere ergänzende Ausgestaltung der Aus führung der vorherigen Figur;
Figur 99 ist eine Ausführungsform in Draufsicht eines Aus- Schnitts eines m-Displays mit Pixelelementen mit einer Kontak tierungsschicht und Aussparungen im Bereich der m-LEDs nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes;
Figur 100A zeigt eine vertikale Schnittdarstellung durch ein Pixelelement mit einer m-LED, Leiterbahnen und Abstrahlberei chen nach Figur 99 zur Darstellung weiterer Gesichtspunkte;
Figur 100B ist eine alternative Ausgestaltung zur Beschränkung der Abstrahlbereichen einer m-LED; Figur 101AA zeigt eine vertikale Schnittdarstellung durch ein Pixelelement mit drei m-LEDs und transparenter Deckelektrode nach einigen Aspekten; Figur 101B zeigt eine gegenüber der vorherigen Figur um 90 Grad gedrehte vertikale Schnittdarstellung durch ein Pixelelement mit Leiterbahn gemäß einigen Aspekten des vorgestellten Konzep tes ; Figur 101C ist ein Ausführungsbeispiel eines Pixels in verti kaler Schnittdarstellung mit einer Leiterbahn unterhalb einer stufigen Kontaktierungsschicht;
Figur 101D zeigt ein Pixel in vertikaler Schnittdarstellung mit einer Leiterbahn unterhalb einer ebenen Kontaktierungsschicht;
Figur 101E zeigt eine Ausführung mit zwei Pixelelementen in vertikaler Schnittdarstellung mit einer Leiterbahn am Trä gersubstrat ;
Figur 101F stellt ein Pixelelement in vertikaler Schnittdar stellung mit drei m-LEDs, angeordnet in Kavitäten des Trägersub strats in ebener Anordnung gemäß einigen Aspekten dar; Figur 101G ist ein Pixel in vertikaler Schnittdarstellung mit drei m-LEDs, die in Kavitäten des Trägersubstrats mit erhöhten Zwischenraumwänden angeordnet sind;
Figur 101H stellt eine ergänzende Ausführung eines Pixels zur vorherigen Figur dar, bei der ein verbleibender Raum innerhalb der Kavität mit Konvertermaterial ausgefüllt ist. Figur 102A bis 102C zeigen verschiedene Anordnungen von m-LEDs auf einem Trägersubstrat und Reflexionsverhalten von emittier tem Licht an Seitenwänden von Kavitäten nach einigen Aspekten des vorgestellten Prinzips;
Figur 103A illustriert eine Darstellung eines Pixels aus drei vertikalen m-LEDs mit einer umlaufenden Struktur und einer De ckelektrode nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 103B zeigt eine weitere Ausführung ähnlich der Figur 103A mit zusätzlichen Konverter und Lichtauskoppelstrukturen, die so weitere Aspekte dieser Offenbarung verwirklicht;
Figur 104 stellt eine Draufsicht der Vorrichtung der voranste- henden Figur dar;
Figur 105 zeigt einen Querschnitt eines Ausschnittes eines Ar- rays mit mehreren Pixeln und einer Deckelektrode; Figur 106 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pixels mit mehreren m-LEDs und einer transparenten Deckelektrode nach wei teren Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 107 zeigt eine Draufsicht auf die Ausgestaltung der vor- herigen Figur;
Figur 108 illustriert ein drittes Ausführungsbeispiel eines Pi xels in Querschnittsdarstellung; Figur 109 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der vorherigen Figur;
Figur 110 zeigt eine weitere Darstellung einer Ausführung eines Pixels nach dem vorgeschlagenen Konzept; Figur 111 ist eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der vorherigen Figur;
Figur 112 ist ein Verfahrensablauf mit verschiedenen Schritten zur Herstellung eines Pixels nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 113 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer m-LED An ordnung mit Nanosäulen nach einigen vorgeschlagenen Aspekten in seitlicher Schnittansicht;
Figur 114 stellt das erste Ausführungsbeispiel der Anordnung der vorherigen Figur in Aufsicht dar;
Figur 115A bis 115H zeigen verschiedene Aspekte zur Herstellung der ersten Ausführung der Anordnung gemäß einigen vorgeschla genen Aspekten;
Figur 116A bis 116D illustrieren verschiedene Aspekte für ein Verfahren zur Herstellung einer zweiten Ausführung der Anord- nung gemäß einigen vorgeschlagenen Aspekten;
Figur 117A bis 117D zeigen verschiedene Schritte für ein Ver fahren gemäß einiger weiterer Aspekte zur Herstellung einer dritten Ausführung der Anordnung;
Figur 118 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Nano-Leucht- diodenanordnung mit einigen der vorgeschlagenen Aspekten;
Figuren 119A und 119B illustrieren ergänzende Ausführungsformen der Ausführung der Figur 116D, bei denen zusätzliche ergänzende Maßnahmen angeordnet sind.
Figur 120 zeigt eine Querschnittsansicht einer optoelektroni schen Einrichtung, wie zum Beispiel eine Displayanordnung, mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen optoelektronischen Vor richtungen gemäß einigen Aspekten;
Figur 121 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren opto- elektronischen Einrichtung mit einer Vielzahl von als m-LEDs ausgebildeten optoelektronischen Vorrichtungen nach dem vorge schlagenen Konzept;
Figur 122 stellt eine Querschnittsansicht für einen weiteren Vorschlag eines monolithischen Arrays mit einer Vielzahl von optoelektronischen Vorrichtungen dar;
Figur 123 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren mono lithischen Arrays mit einer Vielzahl von optoelektronischen Vorrichtungen, die als m-LEDs ausgeführt sind; und
Figur 124 illustriert basierend auf dem Beispiel der vorherge henden Struktur ein monolithisches Array mit einer lichtformen den Struktur;
Figur 125 ist eine Querschnittsansicht eines dielektrischen Re flektors ;
Figur 126 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei- ner optoelektronischen Vorrichtung mit einem LED-Halbleiterele- ment und einem dielektrischen Filter nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 127A und 127B sind Darstellungen eines Ausführungsbei- spiels einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem Array aus mehreren Halbleiterelementen; und
Figur 128A bis 128C sind Darstellungen eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung mit mehre- ren m-LEDs nach einigen Aspekten; Figur 129A und 129B zeigen jeweils eine Ausführung mit Aspekten zur magnetischen Stromeinschnürung in einem Querschnitt und in Draufsicht; Figur 130 illustriert eine weitere Ausführung, in der zusätzlich ein Quantenwellintermixing zur Stromeinschnürung vorgenommen wurde .
Figur 131 zeigt einen vereinfachten Aufbau eines Displays mit in Reihen und Spalten angeordneten Pixelelementen;
Figur 132 stellt einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Display gemäß der vorherigen Figur mit einem Pixelelement und Subpixeln dar;
Figur 133 zeigt eine schematische vertikale Schnittdarstellung durch einen Ausschnitt eines Displays nach dem vorgeschlagenen Konzept mit einer Pixelelementtrennschicht und Subpixeltrenn elementen;
Figur 134 illustriert eine schematische vertikale Schnittdar stellung durch Pixelelemente, die in einer Schicht auf eine Backplane aufgebracht ist; Figur 135 ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem verschiedene Konverter eingebettet einer lichtformenden Struktur vorgesehen ist ;
Figur 136 stellt einen anderen Aspekt dar, bei dem Quanten- wellintermixing verwendet wird, um eine optische Trennung zu erzeugen;
Figur 137 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Pixelelementes mit einer Pixelelementtrennschicht und Subpi- xeltrennelementen; Figur 138 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Pixelarrays nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips, bei dem benachbarte Pixel durch eine dünne Materialbrücke verbunden sind;
Figur 139 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pi xelarrays mit zwei durch eine Materialbrücke verbundener m-LEDs dar; Figur 140A ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Pixelarrays mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 140B ist ein Diagramm zum Ausführungsbeispiel der vorhe rigen Figur, welches den Energieverlauf mit Blick auf die Ma- terialbrücke verdeutlicht;
Figur 141 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Pi xelarrays mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prin zip;
Figur 142A ist ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Pi xelarrays ;
Figur 142B zeigt eine Ausführungsform eines Pixelarrays mit benachbarten m-LEDs, einer Materialbrücke, bei der zusätzlich eine Auskoppelstruktur nach einigen der hier offenbarten Aspekte vorgesehen ist.
Figur 143 stellt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays dar;
Figur 144 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Pixelarrays mit weiteren Aspekten; Figur 145 bildet ein achtes Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays ;
Figur 146 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays;
Figur 147 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit verschiedenen Schritten für ein Verfahren zur Herstellung eines Pixelarrays nach dem vorgeschlagenen Konzept;
Figuren 148A bis 148J zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer Hal testruktur nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts; Figuren 149A bis 149J zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer Hal testruktur nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts;
Figuren 150A bis 1501 stellen ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer Hal testruktur nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts dar;
Figuren 151A bis 151J zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer Hal- testruktur nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts;
Figuren 152A und 152B stellen zwei zusätzliche Schritte dar, die in den Ausführungsformen zum Einsatz kommen können; Figur 153A bis 153D zeigen den schematischen Ablauf eines Mass- Transfer-Printing-Verfahrens für eine Vielzahl von m-LEDs auf einem Wafer;
Figur 154 zeigt eine Trägerstruktur nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Draufsicht mit 3 Aufnahmeelementen; Figur 155A bis 155E sind insgesamt vier vertikale Schnittdar stellungen durch eine Trägerstruktur zur Aufnahme von flächigen m-LEDs dargestellt, die für den vorgeschlagenen Transfer geeig net sind;
Figur 156 zeigt ein Layout einer Trägerstruktur nach einige Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes mit flächigen m-LEDs und einer Vielzahl von Aufnahmeelementen in verschiedenen Anordnun gen;
Figur 157 stellt ein weiteres Layout einer Trägerstruktur dar, die für den vorgeschlagenen Transferprozess vorbereitet und ge eignet sind; Figur 158A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trä gerstruktur;
Figur 158B stellt eine Alternative zu dem vorhergehenden Aus führungsbeispiel dar;
Figur 159A bis 159D sind Darstellungen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von m-LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips zur Erläuterung verschiede ner Aspekte des vorgestellten Konzepts;
Figur 160 zeigt eine Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von m-LEDs bzw. optoelektronischen Halb leiterchips ; Figur 161A und 161B zeigen Darstellungen eines Verfahrensbei spiels zum Aufnehmen und Ablegen von m-LEDs bzw. optoelektro nischen Halbleiterchips mittels eines zylinderfömigen Aufnah mewerkzeugs ; Figur 162 illustriert eine Darstellung eines Aufnahmewerkzeugs mit Erhebungen zum Aufnehmen von m-LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips ; Figur 163 zeigt eine Ausführung eines Aufnahmewerkzeugs, die zu einer selektiven Bestrahlung von m-LEDs bzw. optoelektronischen Halbleiterchips geeignet ist;
Figur 164 illustriert eine Darstellung eines Aufnahmewerkzeugs mit einer ebenen Oberfläche zum Aufnehmen von m-LEDs bzw. opto elektronischen Halbleiterchips;
Figur 165A bis 165C zeigen Darstellungen eines Verfahrens zum Ablegen von m-LEDs; und
Figur 166A bis 166C sind verschiedene Darstellungen einiger Ausgestaltungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes durch das Aufnahmewerkzeug. Figuren 167A und 167B zeigen Darstellungen, die Transferschritte eines herkömmlichen Verfahrens sowie des vorgeschlagenen Ver fahrens zeigen;
Figur 168 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Startstruk- tur für ein Verfahren nach einigen vorgeschlagenen Aspekten in einer Draufsicht;
Figur 169 zeigt das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 168 der Startstruktur für das Verfahren in einer vergrößerten Dar- Stellung;
Figur 170 zeigt eine weitere Darstellung für eine Herstellung einer ersten Startstruktur nach einigen der vorgeschlagenen As pekten; Figur 171 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 172 stellt das erste Ausführungsbeispiel der Startstruk- tur für ein Verfahren in einem Querschnitt dar;
Figuren. 173A bis 173E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer ers ten Startstruktur;
Figur 174 ist eine erste Darstellung zur Wirkungsweise von An kerelementen und Freigabeelementen nach einigen vorgestellten Aspekten; Figur 175 ist eine zweite Darstellung zur Wirkungsweise von Ankerelementen und Freigabeelementen;
Figur 176 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Startstruktur für ein Verfahren zum Transfer nach einigen vor- geschlagenen Aspekten;
Figuren 177A bis 177E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens unter Verwendung der zweiten StartStruktur;
Figur 178A ist eine erste Darstellung zur Selektivität von Frei gabeelementen nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzep tes für einen Transfer; Figur 178B zeigt eine zweite Darstellung zur Selektivität von Freigabeelementen;
Figuren 179A bis 179F stellen Ausführungsbeispiele der Verwen dung von Ankerelementen und Freigabeelementen zwischen Mikro- Chips und Modulbereichen dar; Figur 180 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei nes vorgeschlagenen Basismoduls zur Bereitstellung von Leucht- dioden-Modulen nach einigen Gesichtspunkten des vorgeschlagenen Konzepts ;
Figur 181 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 180 auf einem Ersatzträger gemäß weiteren Aspekten;
Figur 182 illustriert das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 181 mit einem weiteren Basismodul;
Figur 183 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 182 mit getrennten Kontaktierungen der Kontakte; Figur 184 illustriert das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 183 mit gemeinsamer Kontaktierung der ersten Kontakte;
Figur 185 zeigt eine weitere Darstellung eines Ausführungsbei spiels eines vorgeschlagenen Basismoduls zur Bereitstellung ei- nes zwei Zeilen und zwei Spalten von Basismodulen aufweisenden Leuchtdioden-Moduls nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts ;
Figur 186A bis 186D stellen vier Querschnitte zweier entgegen- gesetzt orientierter Basismodule zweier benachbarter Zeilen dar;
Figur 187 zeigt eine weitere Darstellung eines Ausführungsbei spiels eines vorgeschlagenen Basismoduls zur Bereitstellung ei- nes zwei Zeilen und drei Spalten von Basismodulen aufweisenden Leuchtdioden-Moduls ;
Figur 188A bis 188D illustrieren vier Querschnitte zweier ent gegengesetzt orientierter Basismodule zweier benachbarter Zei- len; Figur 189 zeigt eine Draufsicht auf eine Basismodule aufweisende Matrix mit Gruppierungen zur Erläuterung weiterer Aspekte;
Figur 190 illustriert eine Draufsicht auf eine Basismodule auf- weisende Matrix mit weiteren Gruppierungen;
Figur 191 zeigt eine Draufsicht auf eine Basismodule aufweisende Matrix mit einer weiteren möglichen Gruppierung; Figur 192 ist eine Draufsicht auf eine Basismodule aufweisende Matrix mit einer weiteren möglichen Gruppierung;
Figur 193A illustriert eine Querschnittansicht einer weiteren Ausführung eines m-LED Moduls mit einer zusätzlichen photoni- sehen Struktur;
Figur 193B stellt ein Beispiel dar, wie das vorgeschlagenen m- LED Modul durch einen in dieser Anmeldung beschriebenen Trans ferstempel abgehoben werden kann;
Figur 194 zeigt mehrere Schritte eines Ausführungsbeispiels für ein vorgeschlagenes Verfahren zur Herstellung von m-LED-Modu- len; Figur 195 illustriert eine schematische Darstellung eines wei teren Verfahrens zur Herstellung von m-LED-Modulen nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 196A sind Darstellungen zu einigen Schritten des in Figur 195 vorgestellten Verfahrens;
Figur 196B zeigt eine Darstellung zu weiteren Schritten des in Figur 195 vorgestellten Verfahrens für eine Erläuterung ver schiedener Gesichtspunkte; Figur 196C zeigt eine Darstellung einer Anordnung einer Vielzahl von ganzflächigen Zielmatrizen;
Figur 196D illustriert beispielhaft in schematischer Darstel- lung verschiedene Kontaktoberflächen, die geeignet sind, die vorgeschlagenen m-LED Module zu kontaktieren;
Figur 196E zeigt einen Ausschnitt eines Displays mit Kontakt bereichen und einigen m-LED Modulen;
Figur 197 eine Ausführungsform für ein doppeltes Transferver fahren mit vorgeschlagenen m-LED Modulen;
Figur 198 stellt ein erstes Beispiel eines m-LED Moduls für die vertikale und horizontale Montage mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;
Figur 199 zeigt die Unterseite des ersten Beispiels; Figur 200 zeigt eine Schnittansicht des ersten Beispiels entlang der Achse X-X in der Figur 199;
Figur 201 stellt eine weitere Ausführung eines m-LED Moduls für die vertikale und horizontale Montage mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;
Figur 202 zeigt eine schematische Seitenansicht der Figur 201;
Figur 203A bis 203C stellen verschiedene Ausgestaltungen dar, bei der ein Modul auf einem Träger gesetzt und elektrisch kon taktiert wird;
Figur 204A und 204B zeigen ein zweites Beispiel mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip; Figur 205A und 205B zeigt ein drittes Beispiel mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 206 stellt ein Beispiel mit verschiedenen Verfahrens- schritten dar;
Figur 207 zeigt ein erstes Beispiel einer Kontaktierung in per spektivischer Darstellung; Figur 208A und 208B zeigt zwei Top Ansichten mit einem schema tischen Verdrahtungsplan für ein Modul nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 209 stellt eine Ansicht einer Unterseite der obigen Bei- spiele dar;
Figur 210 zeigt ein Beispiel eines strukturierten Membranwafers während des Herstellungsprozesses eines Moduls nach dem vorge schlagenen Prinzip;
Figur 211A ist eine Draufsicht auf die für einen Pixel bereit gestellten Kontakte eines Substrats in unbestücktem Zustand nach einem Aspekt des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 211B zeigt eine Draufsicht auf die für den Pixel bereit gestellten Kontakte des Substrats von Figur 206A nach einer ersten Bestückung mit m-LEDs;
Figur 211C stellt eine Draufsicht auf die für den Pixel bereit- gestellten Kontakte des Substrats von Figur 206A nach einer zweiten Bestückung mit m-LEDs dar;
Figur 212A illustriert eine Draufsicht auf die für einen Pixel bereitgestellten Kontakte eines weiteren Substrats in unbe- stücktem Zustand; Figur 212B ist eine Draufsicht auf die für den Pixel bereitge stellten Kontakte des Substrats von Figur 207A nach einer ersten Bestückung dar; Figur 212C zeigt eine Draufsicht auf die für den Pixel bereit gestellten Kontakte des Substrats von Figur 207A nach einer zweiten Bestückung;
Figur 213A zeigt eine Draufsicht auf die für einen Pixel be- reitgestellten Kontakte noch eines weiteren Substrats in unbe- stücktem Zustand zur Erläuterung weiterer Aspekte des vorge schlagenen Konzepts;
Figur 213B stellt eine Draufsicht auf die für den Pixel bereit- gestellten Kontakte des Substrats von Figur 208A nach einer ersten Bestückung dar; und
Figur 213C ist eine Draufsicht auf die für den Pixel bereitge stellten Kontakte des Substrats von Figur 208A nach einer zwei- ten Bestückung;
Figur 214 stellt ein m-LED Pixel dar, bei dem die Lichtemission durch speziell geformtes Reflektormaterial bereits gerichtet erfolgt
Figur 215 stellt ein optisches Pixelelement mit einem kugelför migen Reflektorelement und einer Ansteuerelektronik dar gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 216 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines Pixelelements mit einem als Schicht ausgeführten Reflektorelement und einer Passivierungsschicht gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts ; Figur 217 zeigt eine dritte Ausführung eines Pixelelements mit lichtabsorbierenden Beschichtungen auf einer Displayseite und einer Bestückungsseite des Trägersubstrats gemäß einigen Aspek ten des vorgeschlagenen Konzepts;
Figur 218 bildet ein Pixelelement mit einer aufgerauten Dis playseite des Trägersubstrats;
Figur 219A und 219B sind Ausgestaltungen nach einigen hier of- fenbarten Aspekten mit lichtabsorbierenden Schichten zum Mini mieren von Crosstalk sowie einem Farbfilterelement an der Dis playseite des Trägersubstrats;
Figur 220A und 220B zeigen beispielhafte Ausführungen eines Pixelelements mit einer IGZO- oder LTPS-basierten Ansteuer elektronik an der Bestückungsseite des Trägersubstrats sowie optionalen Diffusorschicht nach einigen Aspekten des vorge schlagenen Konzepts; Figur 221 zeigt in Querschnitt und Draufsicht einer Pixelzelle mit drei m-LEDs unterschiedlicher Farbe und einem Reflektorel ement ;
Figur 222 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Pixelelementes gemäß den vorherigen Ausführungen;
Figur 223A zeigt auf der linken Seite eine Querschnittsansicht einer exemplarischen m-LED und auf der rechten Seite eine per spektivische Ansicht der optoelektronischen Vorrichtung mit ei- ner photonischen Struktur;
Figur 223B stellt eine Querschnittsansicht einer weiteren m-LED mit photonischer Struktur nach einigen vorgeschlagenen Aspekten dar; Figur 223C zeigt auf der linken Seite eine detailliertere Quer schnittsansicht einer anderen optoelektronischen Vorrichtung und auf der rechten Seite eine schematischere Querschnittsan sicht der optoelektronischen Vorrichtung;
Figur 223D ist eine Querschnittsdarstellung einer m-LED mit planarer Oberfläche und photonischer Struktur;
Figur 223E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer m-LED mit photonischer Struktur in Querschnittsdarstellung;
Figur 223F illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel einer m-LED mit photonischer Struktur in Querschnittsdarstellung ge mäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts;
Figur 224 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zu Herstellung einer der in Figur 223D bis 223E dargestellten Strukturen;
Figur 225 illustriert eine Draufsicht und Schnittansicht eines optoelektronischen Bauelements mit einer m-LED und einem Kon verterelement gemäß einigen Aspekten zur gleichzeitigen Licht formung und Lichtkonvertierung;
Figur 226 zeigt ein Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement in einer weiteren Ausführung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes;
Figur 227 ist eine Draufsicht und Schnittansicht eines weiteren Bauelements ;
Figur 228 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauelement mit einer m-LED und einem Konverterelement nach einigen Aspekten zur Lichtformung und Lichtkonvertierung; Figur 229A und 229B zeigen ein m-Display mit mehreren licht emittierenden Einheiten und einer photonischen Struktur in ei ner Draufsicht und Querschnitt nach einigen Aspekten des vor gestellten Konzepts;
Figur 230A und 230B stellen eine zweite Ausgestaltung eines m- Displays mit einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und Querschnitt dar nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzeptes ;
Figur 231A und 231B zeigen eine dritte Ausgestaltung eines m- Displays mit mehreren m-LEDs einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts;
Figur 232A und 232B sind Teil einer vierten Ausgestaltung eines m-Displays mit einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts ;
Figur 233A und 233B zeigen eine fünfte Ausgestaltung eines m- Displays mit einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts ;
Figur 234A und 234B illustrieren eine sechste Ausgestaltung eines m-Displays mit einer photonischen Struktur in einer Drauf sicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestell ten Konzepts;
Figur 235A und 235B zeigen eine siebte Ausgestaltung eines m- Displays mit einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestellten Konzepts ; Figur 236A und 236B illustrieren eine achte Ausgestaltung eines m-Displays einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt; Figur 237A und 237B zeigen eine neunte Ausgestaltung eines m- Displays einer photonischen Struktur in einer Draufsicht und als Querschnitt nach einigen Aspekten des vorgestellten Kon zepts ; Figur 238 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Vari ante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 239 zeigt eine Anordnung eines optoelektronisches Bauele ment mit einer Emittereinheit, die eine Lichtaustrittsfläche aufweist, auf der ein Polarisationselement mit einer dreidimen sionalen photonischen Struktur aufgebracht ist;
Figur 240 illustriert eine Darstellung einer dreidimensionalen photonischen Struktur mit einer Vielzahl von spiralförmigen Strukturelementen;
Figur 241 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines opto elektronischen Bauelement mit einer Emittereinheit und einem Polarisationselement mit einer dreidimensionalen photonischen Struktur;
Figur 242 zeigt eine optoelektronisches Bauelement mit einer Emittereinheit und einer dreidimensionalen photonischen Struk tur, in die Konvertermaterial verfüllt ist;
Figur 243 illustriert eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante einer Anordnung mit einer Emittereinheit, die eine photonische Struktur zur Erzeugung eines bestimmten Fernfeldes aufweist ; Figur 244 zeigt eine geschnittene Ansicht einer zweiten Variante einer Anordnung mit einer Emittereinheit zur Verdeutlichung weiterer Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips; Figur 245 zeigt eine Anordnung einer Vielzahl von Anordnungen nach den beiden voranstehenden Figuren;
Figur 246 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Va riante einer Anordnung mit einer Emittereinheit, die eine pho- tonische Struktur zur Erzeugung eines definierten Fernfeldes aufweist;
Figur 247 illustriert ein Blockdiagramm eines Oberflächentopo graphie-Erkennungssystems mit einer Anordnung nach einer der voranstehenden Figuren;
Figur 248 ist ein Beispiel einer Brille für erweiterte Reali tätsfunktionalität, die ein m-Display benutzt, um verschiedene Aspekte und Grundprinzipien zu illustrieren;
Figur 249 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lichtfüh rungskonzeptes einer gekrümmten Lichtfläche nach einigen Aspek ten des vorgeschlagenen Konzeptes; Figur 250 zeigt eine vergrößerte Teilansicht für das Ausfüh rungsbeispiel des Lichtführungskonzepts mit separaten m-LEDs auf einem nicht-planaren IC-Substrat;
Figur 251 stelle eine dritte Ausführung einer Lichtführung mit einem monolithischen pixelierten Chip nach weiteren Gesichts punkten dar;
Figur 252 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Lichtfüh rung mit einigen Aspekten; Figur 253 ist eine Weitergestaltung einer der obigen Ausgestal tungen gemäß einigen Aspekten des vorgestellten Konzeptes;
Figur 254 ist eine weitere Ausführung des Beispiels der Figur 250, mit zusätzlichen lichtformenden Strukturen;
Figur 255 ist eine Ergänzung zur Ausgestaltung der Figur 253, wobei hier im Strahlengang eine photonische Struktur angeordnet ist ;
Figur 256 zeigt eine weitere Ausgestaltung basierend auf dem Beispiel zur Figur 252;
Figur 257A zeigt eine weitere Ausgestaltung basierend auf dem Beispiel zur Figur 252;
Figur 257B stellt eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung eines stufenförmigen Substrats dar; Figur 258 ist eine Ausführungsform mit einer reflektierenden umlaufenden Struktur um den Optochip;
Figur 259 kombiniert Nanorods auf seiner gekrümmten Fläche eines Substrates angeordnet mit Ansteuerung;
Figur 260A zeigt eine Matrix mit RGB-Pixeln, welche einen hohen Füllfaktor aufweist;
Figur 260B ist eine schematische Darstellung der Strahlführung in einer konventionellen Projektionseinheit;
Figur 261 zeigt eine Ausgestaltung einer ausgeführten Matrix mit RGB-Pixeln, die einen kleinen Füllfaktor aufweist gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts; Figuren 262A und B zeigen eine Draufsicht und eine Querschnitts darstellung einer kombinierten Ausgestaltung mit Merkmalen der Ausführungsbeispiele der Figuren 261 und 103A; Figuren 263A und B stellen Draufsichten auf weitere Ausführungen einer Matrix mit RGB-Pixeln dar, die durch m-LED Anordnungen nach einigen der in hier vorgestellten Konzepten realisiert sind; Figur 264 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ausge führten Matrix mit RGB-Pixeln, die einen kleinen Füllfaktor aufweist gemäß einigen Aspekten;
Figur 265 illustriert eine Draufsicht auf eine ausführungsform einer Matrix mit einer darauf angeordneten lichtformenden Struk tur;
Figur 266 zeigt eine schematische Darstellung einer Projekti onseinheit nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 267 zeigt als schematische Darstellung die Erzeugung eines Zwischenbilds durch die Projektionseinheit der vorherigen Fi gur; Figur 268 zeigt chromatische Phasenfunktion der Kollimationsop tik von Figur 266;
Figur 269 stellt eine Metalinse der Kollimationsoptik nach ei nigen Ausführungen des vorgeschlagenen Konzepts dar;
Figur 270 zeigt eine schematische Seitenansicht eines monoli thischen Arrays mit mehreren integrierten m-LEDs zur Erläute rung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 271 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Strahlführung nach einigen Gesichtspunkten des vorgestellten Konzepts, welche das unterschiedliche räumliche Auflösungsver mögen des Auges berücksichtigt;
Figur 272 sind schematische Darstellungen für eine Strahlfüh rungseinrichtung in der Anordnung der vorherigen Figur;
Figur 273 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anord- nung für eine Strahlführung zur Erläuterung weiterer Aspekte des vorgestellten Konzepts dar;
Figur 274 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine das unterschiedliche Auflösungsvermögen des menschli- chen Auges berücksichtigende Strahlführung;
Figur 275 zeigt eine Darstellung eines m-Displays für die in Figur 273 illustrierte Anwendung dar; Figur 276A illustriert verschiedene Möglichkeiten eines m-dis- plays zur Erzeugung von Licht in einer Strahlführungseinrich tung nach dem vorgeschlagenen Konzept
Figur 276B ist eine weitere Möglichkeit, eine Strahlführungs- einrichtung mit einer Ausgestaltung eines m-Displays zu verbin den;
Figur 276C stellt einen chromatischen Würfel dar, wie er in einigen Anwendungen einsetzbar ist und bei dem die lichtemit- tierenden Flächen mit den hier offenbarten Ausführungen von m- Displays gebildet werden können;
Figur 277A und 277B zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Strahlsystemen, die einer Abbildungsoptik der Vorrichtung von Figur 272, 273 oder 274 vorgeordnet, nachgeordnet oder in die Abbildungsoptik integriert sein können;
Figur 278 zeigt eine Prinzipienskizze für ein erstes Ausfüh- rungsbeispiel eines Lichtfelddisplays gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 279 illustrieren das Zusammensetzen des ersten Raster teilbilds und des zweiten Rasterteilbilds zu einem auf die Netz- haut projizierten Rasterbild;
Figur 280 zeigt zweite Pixelbilder mit Sechseckkontur;
Figur 281A bis 281B stellen eine Verstelloptik mit einem schalt- baren Bragg-Gitter gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts dar;
Figur 282 ist eine Ansicht einer Verstelloptik mit einer Alva- rez-Linsenanordnung, die für ein Lichtfelddisplay nach dem vor- geschlagenen Prinzip geeignet ist;
Figur 283 zeigt eine Verstelloptik mit einer Moire-Linsenano- rdnung die für ein Lichtfelddisplay nach dem vorgeschlagenen Prinzip geeignet ist;
Figur 284 zeigt eine Ausgestaltung einer dynamischen Augenbe wegungsdetektionseinrichtung und eine Regelungseinrichtung für die Verstelloptik eines Lichtfelddisplays nach dem vorgeschla genen Konzept dar;
Figur 285 zeigt mehrere Beispiele eines eindimensionalen Pi- xelarrays nach einigen Aspekten eines weiteren Konzeptes;
Figur 286 ist ein Beispiel zur Verdeutlichung der Rotation der Pixelzeile gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts; Figur 287 zeigt eine weitere Ausführung eines Pixelarrays zur Verdeutlichung eines neuen Lichterzeugungs- und Führungskonzep tes ; Figur 288 illustriert eine Ausführung einer Pixelmatrix mit zwei Pixelarrays nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 289 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines Pixelarrays mit mehreren Zeilen verschiedener Farben zur Verdeutlichung eines neuen Lichterzeugungs- und Führungskonzeptes;
Figur 290 stellt eine weitere Ausführung eines Pixelarrays mit Zeilen für die verschiedenen Farben nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;
Figuren 291A und 291B zeigen einen Querschnitt der Pixelzeile der Figur 290 mit einer photonischen Struktur auf einem Substrat sowie eine Draufsicht hiervon; Figuren 291C und 291D stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pixelzeile dar, welches mit redundanten m-LEDs ausgeführt ist ;
Figuren 292A und 292B zeigen Beispiele für Ausführungen eines Pixelarrays mit mehreren Subpixeln verschiedener Größe und Häu figkeit nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 293 zeigt eine weitere Ausführung einer Pixelmatrix, bei der drei Zeilen mit Pixeln unterschiedlicher Farbe zueinander versetzt angeordnet sind;
Figur 294 ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems zur Erzeugung eines Bildes nach einigen Aspekten des vorge schlagenen Konzepts eines eindimensionalen Pixelarrays; Figur 295A illustriert ein Ausführungsbeispiel eines Dual-Gate Transistors in einem Querschnitt;
Figur 295B zeigt zwei Draufsichten auf den Dual-Gate Transistor;
Figur 295C illustriert eine Darstellung zur Abhängigkeit einer Schwellenwertspannung von einer Top-Gate-Spannung;
Figur 296 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ansteuer- Schaltung für eine m-LED mit einigen Aspekten nach dem vorge stellten Konzept;
Figur 297 bildet ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ansteu erschaltung für eine m-LED mit weiteren Aspekten;
Figur 298 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ansteuer schaltung für eine m-LED nach einigen Aspekten nach dem vorge schlagenen Konzept; Figur 299 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ansteu erschaltung für eine m-LED mit weiteren Aspekten;
Figur 300 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung für eine m-LED nach einigen Aspekten des vor- geschlagenen Konzepts;
Figur 301 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Ergänzung zur voranstehenden Figur; Figur 302 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Ansteu erschaltung für eine m-LED nach einigen Aspekten;
Figur 303 zeigt einen Schaltkreisdiagram einer SRAM 6 T Zelle zur Verdeutlichung einer Aspekte; Figur 304 stellt schaltungstechnisch eine Ausführung einer Trei berschaltung zur Verdeutlichung einiger Aspekte dar;
Figur 305 ist eine schematische Darstellung eines Displays mit digitalen Elementen und dem Pixelarray nach einigen der vorge schlagenen Aspekten;
Figur 306 zeigt eine Schaltung zur Verdeutlichung des Taktver laufs für dunkle Pixel;
Figur 307 ist eine Darstellung eines globalen Bias für den Pixelstrom nach einigen Aspekten;
Figur 308 zeigt ein Signal-Zeitdiagram mit einigen Signalen nach der Ausführungsform der Figur 305;
Figur 309 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Treiber schaltung mit einem reduzierten Platzverbrauch; Figur 310 stellt Ausführungen einer weiteren Treiberschaltung dar, die ebenfalls einen reduzierten Platzverbrauch aufweist;
Figur 311A zeigt eine schematische Darstellung einer Treiber schaltung für zwei m-LEDs zur Erläuterung einiger Aspekte der dimmbaren Ansteuerung nach einigen Aspekten;
Figur 311B zeigt eine Ausgestaltung der dimmbaren Ansteuerung mit einem m-LED Modul der Ausgestaltung der Figur 184; Figur 312 ist ein Diagramm des durch die LED fließenden LED- Stroms in Abhängigkeit unterschiedlichen Kondensatorspannungen;
Figur 313 zeigt eine schematische Darstellung der Helligkeit einer Leuchteinheit mit LED bei Ansteuerung mit einem ver- gleichsweise hohen ersten Spannungssignal; Figur 314 ist eine weitere schematische Darstellung der Hellig keit einer Leuchteinheit mit LED bei Ansteuerung mit einem ver gleichsweise niedrigen ersten Spannungssignal; Figur 315 ist ein Diagramm, welches die mittlere Lichtleistung einer Leuchteinheit mit LED in Abhängigkeit der für die Konden satorspannung gewählten Spannung gemäß einigen Aspekten des hier vorgestellten Konzepts darstellt; Figur 316 zeigt ein Blockschaltbild über die wesentlichen Bau gruppen einer PWM-Versorgungschaltung für m-LEDs;
Figur 317 ist ein Ausführungsbeispiel einer PWM-Versorgungs- schaltung für m-LED nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figur 318 zeigt die Ausführung der Figur 317 in einem Betriebs zustand mit zusätzlichen Informationen zum Signalfluss;
Figur 319 zeigt zwei Prinzipdarstellungen zweier einfacher Schaltervorrichtungen;
Figur 320 illustriert ein Signal-Zeit Diagramm der vorgeschla genen Ausführungsform mit den in Figur 317 gezeigten Signal punkten;
Figur 321 zeigt eine illustrative Ausführung einer analogen rampenbasierten Steuerschaltung, die geeignet ist, dass Ein/Aus Verhältnis für lichtemittierende Vorrichtungen in einem m-LED Display zu steuern;
Figur 322 illustriert ein Signal Zeit Diagramm mit verschiedenen Signalen des Konzepts nach Figur 321; Figur 323 zeigt eine schaltungstechnische Darstellung einer Pi xelzelle mit redundanten m-LEDs und Schmelzsicherungen zur Tren nung einer m-LED; Figur 324 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltung mit redundanten m-LEDs, bei der ein Defekt einer m-LED kompen siert werden kann;
Figur 325 illustriert ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit redundanten m-LEDs nach einigen Aspekten des vor gestellten Konzeptes;
Figur 326 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit redundanten m-LEDs, bei der eine defekte m-LED ersetzbar ist;
Figur 327 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit redundanten m-LEDs; Figur 328 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit redundanten m-LEDs, bei der ein Defekt einer m-LED kompen siert wird;
Figur 329 zeigt eine Ausgestaltung eines Verfahrens zum Testen und konfigurieren einer Pixelzelle, die mit einer der oben vor gestellten Schaltungen angesteuert wird;
Figur 330 illustriert eine Schaltung zur Ansteuerung und Testen von m-LEDs nach Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes einer Schlitzantenne nach dem in dieser Anmeldung offenbarten Prin zip;
Figur 331 ist eine Ausgestaltung einer Ansteuerung mit einem anderen m-LED Konzept nach einigen Aspekten; Figur 332 stellt eine weitere Ausgestaltung einer Ansteuerung mit einem hier vorgestellten m-LED Konzept dar;
Figur 333 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Displayeinrich- tung aus einem monolithischen Pixelarray mit einem monolithi schen IC in Querschnittsdarstellung gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts;
Figur 334 zeigt das vorangegangene Ausführungsbeispiel der vor- geschlagenen Displayeinrichtung in Querschnittsdarstellung mit einem skizzierten möglichen Lichtpfad;
Figur 335 illustriert ein zweites Ausführungsbeispiel der vor geschlagenen Displayeinrichtung mit monolithischen Pixelarray und IC in Querschnittsdarstellung;
Figur 336 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der vorgeschla genen Displayeinrichtung in Querschnittsdarstellung nach wei teren Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
Figur 337 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorgeschla genen Displayeinrichtung in Querschnittsdarstellung mit zusätz lichen Maßnahmen zur Lichtführung; Figur 338A und 338B zeigen zwei alternative Ausgestaltungen zur Verbesserung der Lokalisierung von Ladungsträgern in einer der vorgeschlagenen Displayeinrichtung mit weiteren Aspekten aus dieser Offenbarung; Figur 339A illustriert einen Schaltplan für eine Steuerschal tung von einer oder mehreren LEDs, wobei die Anforderungen an Geometrie und Größe berücksichtigt sind;
Figur 339B zeigt eine alternative Ausführung einer schematischen Darstellung einer Treiberschaltung für mehrere m-LEDs, wobei die Anforderungen an die Geometrie und Größe berücksichtigt sind;
Figur 339C zeigt eine Ausführung einer Komparatorschaltung, wie sie beispielsweise in einem Komparator anstatt eines OR-Gatter wie in Figur 339A eingesetzt verwendbar ist;
Figur 339D stellt ein Zeitdiagramm für die verschiedenen Zäh lerworte ID bis 3D und die Speicherregister dar, wie sie für die Erzeugung des Ausgangsignals verwendet werden;
Figur 340A zeigt eine Schnittansicht einer m-LED Anzeigenano rdnung; Figur 340B stellt verschiedene Beispiele dar für eine Verbindung der verschiedenen Abschnitte nach der Ausführung der Figuren 339A und 340A;
Figur 341 zeigt ein Beispiel eines invertierten Transistors versetzter Bauart, der amorphes Silizium zur Verwendung in dem Analogteil eines m-LED Treibers benutzt;
Figur 342 illustriert einige Beispiele von Polysilicium Tran sistoren, geeignet für eine m-LED Treiberschaltung;
Figur 343 zeigt einen Schaltplan einer m-LED oder LED Anzeige;
Figur 344 zeigt einen Schaltplan einer m-LED Anzeige, die in verschiedene Untermatrizen segmentiert ist;
Figur 345 illustriert einen konventionellen Ansatz für eine Treiberschaltung für eine LED in einem Pixel einer Anzeige; Figur 346 illustriert eine Ausführung eines konventionellen Spaltentreibers, der geeignet ist, in einem Display verwendet zu werden; Figur 347 zeigt eine Ausführung eines konventionellen Zeilen treibers, der geeignet ist, in einem Display verwendet zu wer den;
Figur 348 ist eine Ausgestaltung eines Halbleiterschichtensta- pels mit Quantenwellstruktur;
Figur 349 ist eine schematische Darstellung der Rückseite eines Kraftfahrzeugs mit zwei Heckleuchten und einer hochgesetzten Bremsleuchte ;
Figur 350 zeigt eine schematische Draufsicht auf unterschied liche Bereiche der in Figur 319 abgebildeten linken Heckleuchte;
Figur 351 stellt einen schematischen Querschnitt durch die linke Heckleuchte und die Fahrzeugkarosserie dar;
Figur 352 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein m-LED- Array der hochgesetzten Bremsleuchte; Figur 353 zeigt einen Querschnitt durch die Heckfensterscheibe des Kraftfahrzeugs und die hochgesetzte Bremsleuchte in sche matischer Darstellung mit vertikaler Querschnittsebene;
Figur 354 ist einen Querschnitt durch die Heckfensterscheibe des Kraftfahrzeugs und die hochgesetzte Bremsleuchte in sche matischer Darstellung mit horizontaler Querschnittsebene;
Figur 355 ist eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Display an der Außenseite der Fahrzeugkarosserie in schemati- scher Darstellung; Figur 356 zeigt eine Draufsicht auf ein m-LED-Array des in Figur 325 abgebildeten Displays in schematischer Darstellung;
Figur 357 ist einen Querschnitt durch die Fahrzeugkarosserie und das Display gemäß den Figuren 325 und 326 in schematischer Darstellung mit vertikal verlaufender Querschnittsebene;
Figur 358 zeigt eine Innenansicht eines Fahrzeugs mit einem Dachhimmel ;
Figur 359 stellt eine Innenansicht eines Fahrzeugs mit einer Mittelkonsole dar;
Figur 360 ist eine Innenansicht eines Fahrzeugs aus der Per- spektive eines Fahrzeugführers mit einem Display in der A-Säule des Fahrzeugs;
Figur 361 zeigt eine Innenansicht eines Fahrzeugs aus der Per spektive eines Fahrzeugführers mit einer A-Säule, auf der die Ausgabeeinrichtung integriert ist;
Figur 362 zeigt eine Innenansicht eines Fahrzeugs mit einem Statusdisplay, das innerhalb einer Fahrzeugtür angeordnet ist; Figuren 363 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrich tung in Querschnittsansicht, beispielsweise zur Verwendung in einer großflächigeren Anzeige oder auch auf einer gekrümmten Fläche nach einigen vorgeschlagenen Aspekten; Figuren 364A und 364B sind Ausführungsbeispiele eines Anzei gesegments in verschiedenen Ansichten;
Figuren 365 bis 370 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele einer Anzeigevorrichtung gemäß verschiedener Aspekte des vor- geschlagenen Konzepts in Querschnittsansicht dar; Figuren 371A bis 371K zeigen Ausführungsbeispiele eines Anzei gesegments in verschiedenen Ansichten, wie sie in Ausführungen der vorgeschlagenen Anzeigevorrichtung realisierbar sind; Figuren 372A und 372B illustrieren Ausführungsbeispiele eines Trägers in Draufsicht;
Figuren 373A bis 373D sind verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung;
Detaillierte Beschreibung
Erweiterte Realität wird meistens durch eine dedizierte Anzeige erzeugt, deren Bild mit der Realität überlagert ist. Solch eine Anzeige kann direkt in der Sichtlinie des Benutzers platziert werden, d.h. direkt davor. Alternativ können optische Strahl führungselemente benutzt werden, um das Licht von einem Display zu dem Auge des Benutzers zu führen.
In beiden Fällen kann das Display implementiert und Teil der Brille oder anderer visuell verstärkender von dem Nutzer trag barer Vorrichtungen sein. Google 's™ Brille ist ein Beispiel für solch eine visuell verstärkende Vorrichtung, die dem Nutzer erlaubt, bestimmte Information über Objekte der realen Welt zu überlagern. Für die Google™ Brille wurde die Information in einem vor einem der Brillengläser platzierten kleinen Bildschirm angezeigt. In dieser Hinsicht ist der Erscheinung einer solchen zusätzlichen Vorrichtung eine Schlüsselcharakteristik der Brille, wobei technische Funktionalität mit einem Designaspekt beim Tragen von Brillen kombiniert ist. Mittlerweile verlangen Benutzer aber Brillen ohne derartige sperrige oder leicht zu beschädigende Vorrichtungen, um erweiterte Realitätsfunktiona lität bereit zu stellen. Eine Idee besteht daher darin, dass die Brillen selbst zum Display werden oder zumindest zu einem Bildschirm, auf oder in den die Information projiziert wird. In derartigen Fällen ist das Gesichtsfeld für den Benutzer auf die Dimension der Brille beschränkt. Dementsprechend ist die Fläche, auf die erweiterte Realitätsfunktionalität projiziert werden kann, etwa die Größe eines Brillenglases. Hierbei können die gleichen, aber auch verschiedene Informationen an, in oder auf die beiden Gläser einer Brille projiziert werden.
Davon abgesehen soll das Bild, das der Benutzer erlebt, wenn er eine Brille mit erweiterter Realitätsfunktionalität trägt, eine Auflösung haben, die einen nahtlosen Eindruck beim Benutzer hervorruft, so dass der Benutzer die erweiterte Realität nicht als ein gepixeltes Objekt oder als ein Element mit niedriger Auflösung wahrnimmt. Gerade schräge Kanten, Pfeile oder ähnli che Elemente zeigen einen für den Benutzer störenden treppen- förmigen Verlauf bei kleinen Auflösungen.
Um den gewünschten Eindruck zu erreichen, werden zwei Anzeigen parameter als wichtig angesehen, die bei einer vorgegebenen oder bekannten menschlichen Sehkraft einen Einfluss auf den Sehein- druck. Einer ist die Pixelgröße selbst, das heißt die geomet rische Form und Dimension eines einzelnen Pixels oder die Fläche von 3 Subpixeln, die das Pixel darstellen. Der zweite Parameter ist der Pixelabstand, das heißt die Distanz zwischen zwei be nachbarten Pixeln oder gegebenenfalls auch Subpixeln. Manchmal ist der Pixelabstand auch als Pixelzwischenraum bezeichnet. Ein größerer Pixelabstand kann von einem Benutzer erkannt werden und wird als Lücke zwischen den Pixeln wahrgenommen und bewirkt in einigen Fällen den sogenannten Fliegengittereffekt. Die Lü cke sollte daher einen bestimmten Grenzwert nicht überschrei- ten.
Die maximale Winkelauflösung des menschlichen Auges ist typi scherweise zwischen 0.02 und 0.03 Winkelgrad, was grob 1.2 bis 1.8 Bogenminuten pro Linienpaar entspricht. Daraus ergibt sich ein Pixelzwischenraum von 0.6-0.9 Bogenminuten. Einige gegen wärtige Displays von Mobiltelefonen habe etwa 400 Pixels/Inch, was zu einem Sichtwinkel von näherungsweise 2.9° bei einem Ab stand von 25 cm vom Auge eines Benutzers oder näherungsweise 70 Pixels/0 Sichtwinkel und cm führt. Die Distanz zwischen zwei Pixeln in solchen Anzeigen sind daher im Bereich der maximalen Winkelauflösung. Weiterhin ist die Pixelgröße selbst etwa 56pm.
Figur 1A illustriert den Pixelabstand, das heißt die Distanz zwischen zwei benachbarten Pixeln in Abhängigkeit des Sichtfel des in Winkelgrad. In dieser Hinsicht ist das Sichtfeld die Verlängerung der beobachtbaren Welt, die zu einem gegebenen Moment gesehen wird. Denn menschliche Sicht ist definiert als die Anzahl von Graden des Sichtwinkels während stabiler Fixie- rung des Auges.
Insbesondere haben Menschen einen vorwärts gerichteten horizon talen Bogen ihres Sichtfeldes für beide Augen von geringfügig über 210°, der vertikale Bogen ihres Sichtfeldes ist bei Men- sehen um 135°. Jedoch ist der Bereich der visuellen Fähigkeiten nicht einheitlich über das Sichtfeld und kann von Menschen zu Menschen variieren.
Die beidäugige Sicht von Menschen überdeckt näherungsweise 114° horizontal (periphere Sicht), und etwa 90° vertikal. Die übrigen Grade auf beiden Seiten haben keinen binokularen Bereich können aber als Teil des Sichtfeldes angesehen werden.
Weiterhin kann Farbsicht und die Fähigkeit Formen und Bewegung wahrzunehmen das horizontale und vertikale Sichtfeld weiter be schränken. Die für das Farbsehen zuständige Stäbchen und Zapfen sind nicht gleichmäßig verteilt.
Dieser Gesichtspunkt ist in den Figuren 1B bis ID näher darge- stellt. Im Bereich des zentralen Sehens, also direkt vor dem Auge, so wie es für Augmented Reality Anwendungen und teilweise auch im Automotive Bereich gefordert wird, ist die Empfindlich keit des Auges sowohl hinsichtlich der Ortsauflösung als auch für die Farbwahrnehmung sehr hoch.
Figur 1B zeigt die räumliche Dichte von Stäbchen („rods") und Zapfen („cones") pro mm2 in Winkelabhängigkeit von der Fovea. Figur IC beschreibt die Farbempfindlichkeit der Zapfen und Stäb chen in Abhängigkeit der Wellenlänge. Im zentralen Bereich der Fovea überwiegt durch die erhöhte Zapfendichte (L, S und M) das bessere Farbsehen. Im Abstand von ca. 25° um die Fovea herum beginnt die Sensitivität nachzulassen und die dichte der Seh zellen wird geringer. Zum Rand hin wird zwar die Empfindlichkeit des Farbsehens geringer, gleichzeitig bleibt aber das Kontrast- sehen mittels der Stäbchen über einen größeren Winkelbereich vorhanden. Insgesamt bildet sich für das Auge eher ein radial symmetrisches Sehmuster als ein kartesisches Sehmuster heraus. Eine hohe Auflösung für alle Grundfarben ist somit vor allem im Zentrum erforderlich. Am Rand kann es genügen, mit einem auf die spektrale Empfindlichkeit der Stäbchen angepassten Emitter (max. Empfindlichkeit bei 498 nm, siehe Figur ID und die Emp findlichkeit des Auges) zu arbeiten.
Figur IC zeigt die unterschiedliche Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Auges anhand eines Schaubilds der Winkelauflösung A relativ zur Winkelabweichung oc von der optischen Achse des Auges. Ersichtlich ist, dass die höchste Winkelauflösung A in einem Intervall der Winkelabweichung oc von +/- 2,5° vorliegt, in dem die Fovea centralis 7 mit einem Durchmesser von 1,5 mm auf der Netzhaut 19 angeordnet ist. Zusätzlich ist die Lage des blinden Flecks 22 auf der Netzhaut 19 skizziert, der im Bereich der Sehnervenpapille 23 entsteht, die eine Lage mit einer Win kelabweichung oc von etwa 15° aufweist. Das Auge gleicht diese nicht konstante Dichte und auch den sogenannten blinden Fleck durch kleine Bewegungen des Auges aus. Derartigen Änderungen der Blickrichtung oder des Fokus kann durch eine geeignete Optik und Tracking des Auges begegnet wer- den .
Des Weiteren ist auch mit Brillen das Sichtfeld weiter einge schränkt und zum Beispiel näherungsweise im Bereich von 80° für jedes Glas sein.
Der Pixelabstand in Figur 1A auf der Y-Achse ist in den pm angegeben und definiert die Distanz zwischen zwei benachbarten Pixeln. Die verschiedenen Kurven CI bis C7 definieren die dia gonale Dimension eines entsprechenden Displays von einer Größe von 5 mm bis näherungsweise 35 mm. Zum Beispiel korrespondiert Kurve CI zu einem Display mit der diagonalen Größe von 5 mm, d.h. eine Seitenlänge von etwa 2.25 mm. Für ein Sichtfeld von näherungsweise 80° ist der Pixelabstand einer Anzeige, die 5mm diagonal Größe hat, im Bereich von 1 pm. Für größere Anzeigen wie für Kurve C7 und 35 mm diagonaler Größe kann das gleiche Sichtfeld mit einem Pixelabstand von näherungsweise 5 pm imple mentiert werden.
Nichtsdestotrotz illustrieren die Kurven in Figur 1A, dass für größere Sichtfelder, die für erweiterte Realitätsanwendungen bevorzugt sind, sehr hohe Pixeldichten mit geringem Pixelabstand erforderlich sind sofern der bekannte Fliegengittereffekt ver mieden werden soll. Man kann nun die Größe des Pixels für eine gegebene Anzahl von Pixeln, ein gegebenes Sichtfeld und eine gegebene diagonale Größe einer p-Displays berechnen.
Gleichung 1 zeigt die Beziehung zwischen Dimension D eines Pi xels, Pixelabstand pp, Anzahl N der Pixel und der Kantenlänge d der Anzeige. Die Distanz r zwischen zwei benachbarten Pixeln berechnet von ihren entsprechenden Mitten ist gegeben durch r = d/2 + pp + d/2.
D = d/N - pp (1)
N = d/ (D+pp)
Unter der Annahme, dass das Display (z.B. Brille) eine Distanz von 2,54 cm (1 Inch) vom Auge hat, ist die Distanz r zwischen zwei benachbarten Pixeln für eine Winkelauflösung von 1 Bogen minute wie oben grob abgeschätzt wurde gegeben durch r = tan(l/60°) * 30 mm
r = 8.7 pm
Die Größe eines Pixels ist deswegen kleiner als 10pm, insbeson dere, wenn etwas Platz zwischen zwei verschiedenen Pixeln er forderlich ist. Mit einer Distanz r zwischen zwei Pixeln und einem Display mit der Größe von 15 mm x 10 mm kann man 1720 x 1150 Pixel auf der Fläche anordnen.
Figur 2B zeigt eine Anordnung, die einen Träger 21 hat, auf dem eine Vielzahl von Pixeln, 20 und 20a bis 20c, angeordnet sind. Pixel 20, die neben einander angeordnet sind, haben den Pixel abstand pp, während Pixel 20a bis 20c auf dem Träger 21 mit einem größeren Pixelabstand pp platziert sind. Die Distanz zwi schen zwei Pixeln ist gegeben durch die Summe des Pixelabstandes und der Hälfte der Größe für jedes benachbarte Pixel. Jedes der Pixel 20 ist so konfiguriert, dass seine Illuminationscharak teristik oder sein Emissionsvektor 22 im Wesentlichen senkrecht zu der Emissionsoberfläche der entsprechenden LED ist.
Der Winkel zwischen den senkrechten Achsen auf die Emissions oberfläche der LED und dem Strahlvektor ist definiert als Kol limationswinkel. In dem Beispiel des Emissionsvektors 22 ist der Kollimationswinkel der LEDs 20 annähernd Null. LED 20 emit tiert Licht, das kollinear ist und nicht signifikant aufweitet.
Im Gegensatz dazu ist der Kollimationswinkel des Emissionsvek tors 23 der LED Pixel 20a bis 20c ziemlich groß und im Bereich von näherungsweise 45°. Infolgedessen überlappt ein Teil des von LED 20a emittierten Lichtes mit der Emission einer benach barten LED 20b.
Die Emission der LEDs 20a bis 20c ist teilweise überlappend, so dass seine Überlagerung der entsprechenden Lichtemission auf- tritt. Im Fall, dass die LEDs Licht verschiedener Farbe emit tieren, wird das Ergebnis eine Farbmischung oder eine kombi nierte Farbe sein. Ein ähnlicher Effekt tritt zwischen Flächen mit großem Kontrast auf, d.h. wenn LED 20a dunkel ist, während LED 20b ein bestimmtes Licht emittiert. Wegen des Überlapps ist der Kontrast reduziert und Information zu jeder individuellen Position, die zu einer Pixelposition korrespondiert, erniedrigt sich .
Bei Displays, bei denen der Abstand zum Auge des Benutzers nur gering ist, wie bei den oben genannten Anwendungen ist ein größerer Kollimationswinkel wegen der oben genannten Effekte und anderer Nachteile eher störend. Ein Benutzer ist in der Lage, einen großen Kollimationswinkel zu erkennen und kann ab gebildete Objekte in leicht verschiedenen Farben verschwommen oder mit einem reduzierten Kontrast wahrnehmen.
Figur 2A illustriert in dieser Hinsicht die Anforderung an den Kollimationswinkel in Grad gegen das Sichtfeld in Grad, unab hängig von bestimmten Anzeigegrößen. Für kleinere Anzeigengrö ßen wie derjenigen in Kurve CI (ca. 5mm Diagonale) wächst der Kollimationswinkel signifikant abhängig von dem Sichtfeld. Mit wachsender Anzeigengröße ändern sich die Anforderungen der Kollimationswinkel drastisch, so dass sogar für große Anzeigen geometrien wie in Kurve C7 illustriert der Kollimationswinkel etwa 10° für ein Sichtfeld von 100° erreicht. Mit anderen Worten wachsen die Anforderungen an den Kollimationswinkel für größere Anzeigen und größere Sichtfelder. Von einem Pixel emittiertes Licht muss in solchen Anzeigen im hohem Masse kollimiert sein, um die oben genannten Effekte zu vermeiden oder zu reduzieren. Folglich wird eine starke Kollimation benötigt, wenn Anzeigen mit einem großen Sichtfeld für einen Benutzer zur Verfügung gestellt werden sollen und zwar auch dann, wenn die Anzeigen geometrie relative groß ist.
Als Ergebnis der oberen Diagramme und Gleichungen kann man ab- leiten, dass die Anforderungen hinsichtlich eines Pixelabstan des und des Kollimationswinkels mit wachsender Anzeigengeomet rie und wachsendem Sichtfeld zunehmend herausfordernd werden. Wie schon durch Gleichung 1 angedeutet, steigt die Dimension des Displays mit größerer Pixelzahl stark an. Umgekehrt ist eine große Pixelanzahl bei großen Sichtfeldern erforderlich, wenn eine ausreichende Auflösung erreicht und Fliegengitter- oder andere störende Effekte vermieden werden sollen.
Figur 3A zeigt ein Diagramm der Anzahl der erforderlichen Pixel, wenn eine Winkelauflösung von 1.3 Bogenminuten erreicht werden soll. Für ein Sichtfeld von näherungsweise 80° überschreitet die Zahl der Pixel 5 Millionen. Man kann schnell abschätzen, dass die Größe der Pixel für eine QHD-Auflösung deutlich unter 10 pm ist, selbst wenn das Display eine Größe von 15 mm x 10 mm besitzt. Zusammenfassend erfordern erweiterte Realitätsanzeigen mit Auflösungen im Bereich von HD, d.h. 1080p, eine Gesamtanzahl an 2.0736 Million Pixeln. Damit lässt sich ein Sichtfeld von ca. 50° abdecken. Eine solche Menge an auf einer Displaygröße von 10 x 10 mm mit einem Abstand zwischen den Pixeln von lpm angeordneten Pixeln führt zu einer Pixelgröße von etwa 4pm. Die in Figur 3B dargestellte Tabelle zeigt demgegenüber mehrere Anwendungsgebiete, in denen m-LED-Arrays verwendet werden kön nen. In der Tabelle sind Anwendungen (Usecase) von m-LED-Arrays im Fahrzeug (Auto) bzw. für Multimedia (MM), wie beispielsweise Automotiveanzeigen, und beispielhafte Werte hinsichtlich der minimalen und maximalen Displaygröße (min. bzw. max . Size X Y [cm]), der Pixeldichte (PPI) und des Pixelabstands (PP [pm] ) sowie der Auflösung (Res. -Type) und des Abstands des Betrachters (Viewing Distance [cm] ) zur Leuchtvorrichtung bzw. zum Display aufgelistet. In diesem Kontext haben die Abkürzungen „very low res", „low res", „mid res" und „high res" folgende Bedeutung: very low res Pixelabstand ca. 0,8 - 3 mm
low res Pixelabstand ca. 0,5 - 0,8 mm
mid res Pixelabstand ca. 0,1 - 0,5 mm
high res Pixelabstand kleiner 0,1 mm
Der obere Teil der Tabelle, der mit dem Titel „Direct Emitter Displays" bezeichnet ist, zeigt erfindungsgemäße Anwendungen von m-LED-Arrays in Displays und Leuchtvorrichtungen im Fahr zeug und für den Bereich Multimedia. Der untere Teil der Ta- belle, der mit dem Titel „Transparent Direct Emitter Displays" bezeichnet ist, benennt verschiedene Anwendungen von m-LED-Ar- rays in transparenten Displays und transparenten Leuchtvorrich tungen. Einige der in der Tabelle aufgeführten Anwendungen von m-Displays werden nachstehend in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die oben genannten Überlegungen lassen es offensichtlich er scheinen, dass die Herausforderungen in Bezug auf für erweiterte Realitätsanwendungen geeignete Auflösung, Kollimation und Sichtfeld beträchtlich sind. Entsprechend werden auch sehr hohe Forderungen an die technische Implementierung solcher Displays gestellt .
Herkömmlich verwendete Techniken sind für die Herstellung von Displays ausgelegt, die LEDs mit Kantenlängen im Bereich von IOOmih oder auch darüber besitzen. Sie lassen sich jedoch nicht automatisch auf die hier geforderten Größen von 70gm und darun ter skalieren. Pixelgrößen von wenigen gm sowie Abstände von wenigen gm oder sogar darunter kommen der Größenordnung der Wellenlänge des erzeugten Lichtes näher und machen neuartige Technologien in der Prozessierung erforderlich.
Daneben entstehen neue Herausforderungen in der Lichtkollima tion und auch Lichtführung. Optische Linsen zum Beispiel, die leicht größeren LEDs strukturierbar und mittels klassischer Op tik auch berechenbar sind, können nicht ohne die Maxwellglei chungen direkt in Betrachten zu solch kleiner Größe verkleinert werden. Davon abgesehen, ist eine Herstellung solch kleiner Linsen kaum ohne große Fehler oder Abweichungen möglich. In einigen Varianten können Quanteneffekte das Verhalten von Pi- xeln der oben genannten Größe beeinflussen und sind zu berück sichtigen. Toleranzen in Herstellung oder Transfertechniken von Pixeln auf Hilfsträger oder Matrixstrukturen werden zunehmend anspruchsvoll. Ebenso müssen die Pixel kontaktiert und einzeln ansteuerbar sein. Konventionelle Schaltungen haben einen Platz bedarf, der in einigen Fällen die Pixelfläche überschreitet, wodurch ein Anordnungs- und Platzproblem entsteht.
Entsprechend können neue Konzepte für die Steuerung und die Zugänglichkeit von Pixeln dieser Größe ziemlich verschieden von konventionellen Technologien sein. Schließlich liegt ein Focus auf dem Stromverbrauch derartiger Displays und Ansteuerungen. Gerade für mobile Anwendungen ist ein geringer Stromverbrauch wünschenswert .
Zusammengefasst müssen für viele Konzepte, die für größere Pi xelgrößen funktionieren, umfassende Änderungen vorgenommen wer den bevor eine Verkleinerung erfolgreich sein kann. Währen Kon zepte, die für die Herstellung von LEDs im Bereich von 200gm leicht auf LEDs bei 2000gm hochskaliert werden können ist eine Skalierung auf 20gm ungleich schwieriger. Viele Dokumente und Literatur, die solche Konzepte offenlegen, haben nicht die ver schiedenen Effekte und angestiegenen Anforderungen an die sehr kleinen Dimensionen berücksichtigt und sind deshalb nicht di- rekt geeignet oder beschränkt auf Pixelgrößen deutlich über 70pm.
Im Folgenden werden verschiedene Aspekte zur Struktur und Aufbau von m-LED Halbleitern, Aspekte zur Prozessierung, zur Lichtaus- kopplung und Lichtführung, zum Display und zur Ansteuerung vor gestellt. Diese sind geeignet und ausgeführt, anzeigen zu rea lisieren, deren Pixelgröße im Bereich von 70 m und darunter liegt. Einige Konzepte sind speziell auf die Herstellung, Licht- auskopplung und Ansteuerung von m-LEDs ausgerichtet, deren Kan- tenlänge kleiner als 20gm und insbesondere kleiner als IOmih ist. Es versteht sich von selbst und ist sogar gewünscht, dass die hier vorgestellten Konzepte zu den verschiedenen Gesichtspunk ten miteinander kombiniert werden können und auch sollen. Dies betrifft beispielsweise ein Konzept zur Herstellung einer m-LED mit einem Konzept zur Lichtauskopplung . Konkret kann beispiels weise eine m-LED, die mittels Verfahren zur Vermeidung von De fekten an Rändern oder Verfahren zur Stromführung bzw. Stromein schnürung implementiert mit Lichtauskoppelstrukturen versehen werden, die auf photonische Kristallstrukturen basieren. Ebenso kann eine spezielle Ansteuerung auch für Display realisiert sein, deren Pixelgröße variable ist. Die Lichtführung mit pie zoelektrischen spiegeln lässt sich bei m-LEDs Displays reali sieren, die auf dem Schlitzantennenaspekt oder auch auf her kömmlich monolithischen Pixelmatrizen aufbauen.
Bei einigen der folgenden Ausführungen und beschriebenen Aspek ten werden zusätzliche Beispiele für eine Kombination der ver schiedenen Ausführungen oder einzelner Aspekte davon angedeu tet. Diese sollen verdeutlichen, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungen oder auch Teile davon miteinander durch den Fach mann miteinander kombinierbar sind. Einige Anwendungen bedingen speziell darauf angepasste Konzepte, bei anderen Anwendungen sind die Anforderungen an die Technologie etwas geringer. Au- tomotive-Anwendungen und Displays können beispielsweise auf grund des generell etwas größeren Abstands zu einem Benutzer eine größere Pixelkantenlänge aufweisen. Gerade dort, existie ren neben Anwendungen der erweiterten Realität auch klassische Pixelanwendungen oder virtuelle Realitätsanwendungen. Dies ist im Rahmen dieser Offenbarung für die Realisierung von m-LED Displays, deren Pixelkantenlänge im Bereich von 70 m und darun ter liegt auch explizit gewünscht.
Eine generelle Illustration der Hauptkomponenten eines Pixels in eines m-Displays ist schematisch in Figur 4A dargestellt. Es zeigt ein Element 60 als eine lichterzeugende und lichtemittie rende Vorrichtung. Verschiedene Aspekte davon sind unten in dem Abschnitt zur Lichterzeugung und Prozessierung detaillierter beschrieben. Element 60 umfasst auch Grundschaltungen, Verbin- düngen und solche, um Aufleuchten, Stärke und, wenn anwendbar, Farbe des Pixels zu steuern. Aspekte hiervon werden in Abschnitt zur Lichtsteuerung detailliert beschrieben. Abgesehen von Lich terzeugung muss das emittierte Licht kollimiert werden. Zu die sem Zweck weisen viele Pixel in Mikroanzeigen solche Kollima- tionsfunktionalitäten in Element 60 auf. Das parallele Licht in Fläche 63 wird dann zur Lichtleitung in einige Optiken 64, weiteren Formung und dergleichen eingespeist. Lichtkollimierung und Optik, die geeignet sind für die Implementierung von Pixeln für Mikroanzeigen, sind im Abschnitt zur Lichtauskopplung und Lichtführung beschrieben.
Die Pixelvorrichtung von Figur 4A illustriert die verschiedenen Komponenten und Aspekte als getrennte Elemente. Ein Fachmann wird erkennen, dass viele Komponenten in eine einzelne Vorrich- tung integriert werden können. In Praxis ist die Höhe einer m- Displays auch limitiert, was zu einer gewünschten flachen An ordnung führt .
Dieser Abschnitt beschreibt im Allgemeinen Aspekte zu m-LED- Halbleiterstrukturen und Verfahren zu dessen Herstellung. Die aktive Schicht der Strukturen emittieren im Betrieb Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs. Einige Aspekte be treffen, Stromführung oder andere Maßnahmen eine Defektdichte zu reduzieren, um so eine höhere Quanteneffizienz zu erreichen.
Wie vorstehend erläutert, ist die Strukturierung der Mikropixel für kollineare Lichtemission ein Haupterfordernis für erwei terte Realitätsfunktionalität mit m-Displays . Während Kollina- rität durch Strahlformung unter Gebrauch von Linsen und anderen optischen Hilfsmitteln von einem Pixel emittierten Lichtes er reicht werden kann, kann man eine kollineare Emission auch durch Steuerung der Art, in der das Licht in der aktiven Zone erzeugt wird oder durch Lenken des Lichtes bevor es das Pixelmaterial verlässt erreicht werden. Das letztere kann durch Formung des Pixels in einer bestimmten Art erreicht werden, um die Kolli- niarität zu erhöhen.
Abgesehen von der oben erwähnten Problemstellung, kollineares Licht zu erzeugen, oder Licht daran zu hindern, mit einem großen Emissionswinkel emittiert zu werden, setzt der kleine Abstand zwischen den Pixeln von 2 bis 1 pm oder sogar kleiner hohe Anforderungen an die Fotomaske, Dotiermittelimplementierung und andere Verfahrensschritte. Kleine Variationen in der Maske füh ren zu Variationen in Pixelgröße und/oder -geometrie, was die Eigenschaften ändert. Neben der kleinen Pixelgröße wird sich das Verhältnis zwischen dem Umfang jedes Pixels gegen die Fläche signifikant ändern. Unter der Annahme eines quadratischen Pi xels wird eine Verkürzung der Länge einer Seitenkante um die Hälfte auch das Verhältnis um die Hälfte ändern. Seitenkanten und Variationen entlang der Kanten von Pixeln sind neben Fehl stellen innerhalb der aktiven Schicht hauptursächlich für nicht strahlende Rekombination (NRR) , das Verhältnis zwischen strah lender Rekombination und nichtstrahlenden Rekombination ändert sich auch zum Ungunsten des ersteren.
In Figur 4B ist schematisch ein m-Display mit gleichartigen m- LEDs 10 dargestellt. Die m-LEDs 10 des m-Displays 1 sind zei lenweise und spaltenweise auf einem Träger 100 mit Abständen Dl, D2 zu benachbarten m-LEDs 10 angeordnet. Jede m-LED 10 bildet ein Pixel. Der Pixelabstand PP1 bzw. PP2 wird von der Mitte eines Pixels zur Mitte eines benachbarten Pixels gemessen. Er entspricht damit der Summe des Abstands Dl bzw. D2 und der entsprechenden Kantenlänge Kl bzw. K2 einer m-LED 10. Falls die Werte für PP1 und PP2 unterschiedlich sind, wird der größere Wert als Pixelabstand PP definiert.
In Figur 4C ist schematisch ein m-Display 2 mit drei unter schiedlichen Typen R, G, B von m-LEDs 20R, 20G, 20B dargestellt. Die m-LEDs 20R emittieren während des Betriebs rotes Licht, die m-LEDs 20G emittieren während des Betriebs grünes Licht und die m-LEDs 20B emittieren während des Betriebs blaues Licht. Jeweils eine rotes Licht emittierende m-LED 20R und eine grünes Licht emittierende m-LED 20G sowie eine blaues Licht emittierende m- LED 20B sind auf dem Träger 200 zu einem Tripel 20 gruppiert. Die Tripel 20 von m-LEDs 20R, 20G, 20B sind auf dem Träger 200 zeilenweise und spaltenweise angeordnet. Die einzelnen m-LEDs bilden jeweils ein Subpixel eines jeden Tripel 20 und stellen somit ein Pixel dar. Der Pixelabstand PP1 bzw. PP2 wird von der Mitte eines Pixels zur Mitte eines benachbarten Pixels gemessen. Falls die Werte für PP1 und PP2 unterschiedlich sind, wird der größere Wert als Pixelabstand PP definiert. Neben dieser Dar stellung, bei der die drei m-LEDs als Subpixel in einer Reihe angeordnet sind, ist auch eine andere Darstellung, beispiels weise in Form eines Dreiecks oder versetzt wie auch in Figur 25C dargestellt. Ein Aspekt für die Lichterzeugung schlägt eine Anpassung der Emissionscharakteristik einer LED vor, die auf dem Prinzip der induzierten Emission mittels geschlitzter Antennenstruktur auf baut. Konkret werden dabei geschlitzte Antennenstrukturen be nutzt. Derartige geschlitzte Antennen werden normalerweise für die Erzeugung von stark gerichteter Strahlung von elektromag netischen Wellen benutzt.
Im Gegensatz zu einer normalen Antenne, bei der eine metallische Struktur im Raum von Luft (als Nichtleiter) umgeben ist und so die elektromagnetische Welle abstrahlt, ist dies bei der ge schlitzten Antenne umgekehrt. Die geschlitzte Antenne besitzt eine Unterbrechung, den Schlitz, durch den die elektromagneti sche Strahlung emittiert wird. Die Geometrie der Schlitze be dingt die Wellenlänge und Abstrahlcharakteristik. Im einfachs- ten Fall, ist die Länge der Unterbrechung oder des Schlitzes ein Vielfaches der Wellenlänge, wobei die abgestrahlte Welle in der Ebene der Antenne stark gerichtet ist. Die abgestrahlte Leistung kann dabei sehr hoch werden. Licht ist eine Art elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich von näherungsweise 300 nm bis 700 nm. Während dadurch Strukturen in derselben Größenordnung erforderlich werden, kann die stark gerichtete Emission den Gebrauch von weiterer Optik vereinfa chen .
Die folgenden Ausführungen liefern einige Vorschläge für solch geschlitzte Antennen, implementiert und realisiert in verschie denen Halbleitermaterialsystemen. Die Idee basiert auf der Ent deckung, dass die von elektromagnetischer Strahlung emittierte Wellenlänge hauptsächlich unabhängig vom benutzten Material ist aber vor allem von der Dimension des Schlitzes des Wellenleiters abhängt. Deshalb kann man ein Einzelmaterialsystem benutzen, um Licht verschiedener Farbe zu erzeugen. Dabei macht man sich zu Nutze, dass LED kein monochromatisches Licht erzeugen, sondern zumeist ein verbreitertes Spektrum. Dadurch lässt sich die Emis sion durch die Geometrie der Schlitzantenne über einen Bereich leicht einstellen.
Geschlitzte Antennen erzwingen zudem einen Anstieg von sponta ner strahlender Rekombination, was die Lichterzeugung schneller als in konventionellen LEDs ohne solch eine Antennenstruktur macht. Gleichzeitig ist die strahlende Rekombination gegenüber der nichtstrahlenden Rekombination bevorzugt, wodurch das Ver hältnis sogar für sehr kleine Strukturen verbessert wird. Diese Charakteristik erlaubt auch, GaN basierte Materialsysteme zu benutzen, um rotes Licht zu erzeugen. Wegen ihrer geringeren Abhängigkeit von dem Materialsystem kann durch geschlitzte An tenne induzierte Lichtemission auch weniger abhängig von Para meteränderungen wie Temperatur, Ladungsträgerdichte und der gleichen sein.
Die Lichtemission ist jedoch abhängig von dem Strom, was eine Art von Strommodulation erlaubt, um die Intensität des emit tierten Lichtes zu steuern. Treiberschaltungen können verein facht werden, ohne Geschwindigkeit beim ein- bzw. ausschalten des Lichtes einzubüßen. Zum Beispiel kann PWM Modulation weniger steile Anstiegs- und Abfallflanken aufweisen. Die kleine Struk tur ermöglicht es auch, mehr als einen einzelnen Emitter pro Pixel zu benutzen, was Redundanz liefert gegenüber Ausfall oder Verfahrensvariationen kompensiert, die zur Verbreiterung der des Lichtspektrums führen. Mit mehreren Emittern gleicher Farbe wird neben der Redundanz auch eine höhere Auflösung bei der - Lichtintensitäten und damit mehr Helligkeitsabstufungen. Figur 6 zeigt die Hauptelemente einer Ausführung einer licht emittierenden Vorrichtung, die das Prinzip der Antennen-indu- zierten Emission benutzt. Eine lichtemittierende Vorrichtung 1001 ist auf einem Träger 1007 angeordnet. Der Träger kann Treiberschaltung, Strom- und Spannungsquellen und dergleichen beinhalten, um Strom für die lichtemittierende Vorrichtung be reitzustellen. Die lichtemittierende Vorrichtung weist einen Halbleiterstapel 1003 oder eine LED Nanosäule, der sich im We sentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche des Trägers 1007 er- streckt, auf. Die LED Nanosäule umfasst eine Vielzahl von Halb leiterschichten eingeschlossen eine aktive Schicht. In einigen Varianten umfasst die aktive Schicht der LED Nanosäule 1003 einen Quantenwell oder eine Multiquantenwellstruktur. Ebenso sind Quantentöpfe denkbar. Die Endabschnitte des Stapels 1003 sind mit hochdotierten p- bzw. n-Kontakten ausgebildet. Der Träger 1007 weist einen elektrischen zweiten Kontakt 1005 auf, der mit dem entsprechenden Kontakt der LED Nanosäule kontaktiert ist, um der lichtemittierenden Vorrichtung Energie zu liefern. Die lichtemittierende Vorrichtung ist in einer Kavität 1010 einer elektrisch leitenden Struktur 1004 angeordnet. Struktur 1004 weist einen obere Hauptoberfläche 10042 und eine untere Hauptoberfläche 10041 auf, wobei die letztere benachbart zu dem Träger angeordnet ist. Um einen elektrischen Kurzschluss zwi- sehen der elektrisch leitenden Struktur 1004 und dem Träger zu verhindern, ist zwischen Träger 1007 und der Struktur eine iso lierende Schicht vorgesehen. Die Kavität in der elektrischen Struktur 1010 weist eine Breite w und eine Länge 1 (nicht ge zeigt) auf. Breite w ist näherungsweise die Größe der LED Na- nosäule. Die LED Nanosäule 1003 ist ebenso isoliert, so dass die leitende Struktur keinen Kurzschluss mit der Säule verur sacht. Die elektrisch leitende Struktur 1004 ist aus Metall aufgebaut oder enthält es. In einigen Varianten werden Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder anderen geeignete Metalle benutzt. Die elektrisch leitende Struktur bildet zusammen mit der Kavität eine geschlitzte Antennenstruktur, in der die Strahlungsquelle (die lichtemittierende Vorrichtung) platziert ist. Die Länge 1 der Kavität ist an die gewünschte Länge der emittierten Strah lung angepasst.
Die elektrisch leitende Struktur und die LED Nanosäule sind mit einem isolierenden aber optisch transparenten Material 1006 be deckt. Material 1006 erstreckt sich optional auch auf die Sei tenwände der elektrisch leitenden Struktur 1004. Auf das iso- lierende Material ist eine Kontaktschicht 1002 aufgebracht und im Kontakt mit dem entsprechenden Kontakt der LED Nanosäule. An dieser Stelle kann die Kontaktschicht 1002 auch entfallen, und die elektrisch leitende Struktur selbst einen Kontakt bilden. Im Besonderen wäre in dieser Ausführung die elektrisch leitende Schicht mit dem dem Träger abgewandten elektrischen Kontakt leitend verbunden, so dass diese auf dem gleichen elektrischen Potential liegen. Die isolierende Schicht kann dann wie weiter unten Beschreiben Konverter oder Strukturen umfassen, um das Licht in seiner Farbe zu konvertieren oder die Abstrahlung noch- mal weiter zu formen.
Im Betrieb werden Ladungsträger in die aktive Schicht der licht emittierenden Vorrichtung zum Beispiel in die Quantenwellstruk tur injiziert. Die Antennenstruktur erzwingt nun einen Anstieg der spontanen Emission. Die Rekombination, die zur Emission von Licht führt, steigt stark an verglichen zu der nicht strahlenden Rekombination. Wegen der spezifischen Länge der Kavität bildet sich ein elektrischer Dipol aus und gerichtete Emission von Licht bei einer auf der Länge der Kavität beruhenden Wellenlänge ist bevorzugt. Unterschiedliche Längen der Kavität wird deshalb zur Emission von Licht bei entsprechenden Wellenlänge führen.
Figur 7A bis Figur 7C illustriert ein Beispiel für lichtemit tierende Vorrichtungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die geeignet sind, Licht verschiedener Farbe zu erzeugen. Figur 7C zeigt die Draufsicht der drei lichtemittierenden Vorrichtungen. Figur 7A illustriert dieselben Vorrichtungen in Schnittansicht entlang der Achse X-X wie in Figur 7C gezeigt. Ebenso illus triert Figur 7B die drei Vorrichtungen entlang der Achse Y-Y.
Wie in Figur 7A gezeigt sind die lichtemittierenden Vorrichtun gen R, G, B auf einem Träger 1007 angeordnet und mit dessen n- Kontaktfläche 1005b an entsprechende zweite Kontakte 1005 auf dem Träger 1007 elektrisch kontaktiert. Jede lichtemittierende Vorrichtung weist einen als ein Halbleiterstapel geformten LED Nanosäule 1003 auf. Der Halbleiterstapel hat einen n-Kontakt 1005b und einen entsprechenden p-Kontakt, der mit einer gemein samen p-dotierten Schicht 1002 kontaktiert ist. Es sollte er wähnt werden, dass p- und n-Kontakte ohne Abweichung vom vor- geschlagenen Prinzip ausgetauscht werden können. Jede licht emittierende Vorrichtung weist auch einen aktiven Bereich (hier nicht gezeigt) auf, in dem die Rekombination stattfindet. Schicht 1006 ist elektrisch isolierend. Somit erstreckt sich die LED-Nanosäulen bzw. der Halbleiterschichtenstapel über die Ebene der elektrisch leitenden Schicht hinaus.
Wie in Figur 7C dargestellt sind die LED Nanosäulen 1003 in einer Kavität 1010 einer elektrisch leitenden Struktur 1004 angeordnet. Spezifischer sind die LED Nanosäulen, bzw. Halb- leiterschichtenstapel 1003 als isolierter Draht im Zentrum der Kavität 1010 platziert.
Die elektrisch leitende Struktur hat eine rechtwinkelige Form kann aber eine auch eine andere Form haben, die für die indu- zierte Emission geeignet ist. Der Halbleiterschichtenstapel muss allerdings in der Kavität angeordnet sein. In dem offen barten Beispiel weist die elektrisch leitende Struktur der lichtemittierenden Vorrichtungen R, G und B dieselbe Dimension auf und diese ist im Bereich von lpm2 bis 2pm2. Jede Kavität 1010 weist eine Breite w und eine Länge 1 auf und hat eine rechtwinkelige Form. Die Breite der Kavität korrespondiert nä herungsweise mit der Breite der LED Nanosäule oder ist leicht größer, so dass die LED Nanosäule keinen Kurzschluss erzeugt. Zwischen der Säule und dem Träger ist entweder Luft oder ein anderes Gas angeordnet oder ein isolierender Festkörper. Durch die Länge 1 der Kavität wird eine spontane Emission induziert, deren Wellenlänge von der Länge 1 abhängt. Sehr vereinfacht ähnelt die Struktur einer Dipolschlitzantenne, wobei die Länge der Kavität mit der Hälfte der zu transmittierenden Wellenlänge korrespondiert. Für eine Wellenlänge von 400 nm wird eine Ka vität von näherungsweise 200 nm benutzt. Die aktuelle Kavität kann um einen physikalischen Parameter berücksichtigenden Ver kürzungsfaktor kürzer sein. Bezugnehmend auf Figur 7A formt eine elektrisch leitende Struk tur in Schnittansicht entlang der Achse X-X eine "U"-Quer- schnittskontur, in der die Kavität den inneren Teil bildet, der durch die äußeren Flanken limitiert ist. Die einzelnen elektrisch leitenden Strukturen 1004 der verschiedenen Elemente sind miteinander verbunden (hier nicht dargestellt). Der Halb leiterschichtenstapel erstreckt sich durch die Kavität und da mit die elektrisch leitende Struktur. Die elektrisch leitende Struktur ist mit einem optisch transparenten isolierendem Ma terial 1006 umgeben und damit komplett bedeckt. Das Material 1006 füllt ebenso die Kavität auf und erstreckt sich hinauf bis zu dem ersten Kontakt 1011. Eine gemeinsame Kontaktschicht 1002 ist auf dem isolierendem Material 1006 angebracht. Die gemein same Kontaktschicht 1002 kontaktiert jeden der LED Nanosäulen elektrisch. Figur B illustriert die lichtemittierenden Vorrich- tungen entlang der Y-Y Schnittansicht von Figur IC.
Nun bezugnehmend auf Figur 9, um den Effekt zu illustrieren, den die elektrisch leitende Struktur oder Metallplatte auf die Emissionscharakteristik einer lichtemittierenden Vorrichtung hat. Die Abbildung zeigt einen Vergleich einer simulierten Fern feldstrahlungsmusters einer geschlitzten Antenne mit dem Di polstrahlungsmuster eines gebundenen Ladungsoszillators.
Sie führen zu nahezu demselben Strahlungsmuster, was anzeigt, dass die lichtemittierende Vorrichtung sich ähnlich verhalten kann wie ein gebundener Ladungsoszillator.
Nun bezugnehmend auf Figur 8A und Figur 8E und 8F. Figur 8C zeigt eine lichtemittierende Vorrichtung ähnlich den vorher de- tailliert erläuterten.
Nun bezugnehmend auf Figur 8E und Figur 8F, die die Draufsicht einer m-LED Anordnung zeigt, welche zwei oder mehr lichtemit tierende Vorrichtungen mit im Wesentlichen denselben Kavitäten aufweist. Die kleine Dimension für jede lichtemittierende Vor richtung erlaubt die Implementierung von dicht gepackten m- Displaymatrixen . Da zum Beispiel eine lichtemittierende Vor richtung nach dem vorgeschlagenen Prinzip eine Fläche von nä herungsweise lpm2 aufweist, kann man mehrere solcher Vorrich- tungen nebeneinander anordnen und eine Kantenlänge von 4pm nicht überschreiten. Dadurch wird eine Redundanz geschaffen, durch die beschädigte Vorrichtungen ersetzt werden können. Zum ande ren wird dadurch eine bessere Auflösung möglich, was feinere Intensitätsabstufungen erlaubt. Die geringe Größe ist vor allem für eine monolithische Integration mit einer Vielzahl solcher lichtemittierenden Vorrichtungen geeignet.
Figur 8E illustriert ein Beispiel einer monolithischen Integra tion eines Pixels, dass vier als eine Gruppe 1051 angeordnete lichtemittierende Vorrichtungen umfasst. Die m-LED Anordnung teilt mehrere gemeinsame Strukturen, in diesem Fall die als eine Metalplatte geformte elektrisch leitende Struktur 1050, die isolierende Schicht auf der Metallplatte so wie eine gemeinsame Kontaktschicht. Die Metallplatte weist vier in einer 2x2 m-LED Matrix 1051 angeordnete Kavitäten 1010 auf. Benachbarte Kavi täten 1010 sind parallel zueinander angeordnet. Die Kavitäten sind zusammen mit den darin platzierten LED Halbleiterschich tenstapel oder Nanosäulen von einem transparenten isolierenden Material (nicht in dieser Draufsicht gezeigt) bedeckt.
Eine gemeinsame elektrische Kontaktschicht (nicht gezeigt) ist auf das isolierende Material aufgetragen. Die Kontaktschicht kontaktiert die LED Nanosäule von einer Seite. Auf der Unter seite (nicht gezeigt) unter der Mettalplatte sind ähnliche Kon- takte für die LED Nanosäulen geformt.
Im Betrieb können die Kavitäten separat in Paaren oder alle zugleich gesteuert werden. In einigen Varianten werden alle Kavitäten zur selben Zeit geschaltet. Dadurch kann eine hohe Auflösung hinsichtlich der Intensität erreicht werden. Wegen Verfahrensvariationen, Temperatureffekten und anderen physika lischen Eigenschaften ist das Spektrum jeder Kavität verbrei tert, was zu einem leicht vergrößerten Spektrum führt. Durch Wahl einer leicht verschiedenen Länge der Kavität kann ein so genanntes weißes Lichtspektrum, für das von den vier Kavitäten emittierten Lichtes erreicht werden. Durch Platzieren eines Farbfilters auf der Anordnung mit den vier Kavitäten kann die gewünschte Farbe ausgewählt werden. Die im Vergleich zu einer einzelnen lichtemittierenden Vorrich tung von den vier Kavitäten beanspruchte größere Fläche verein facht auch die Anordnung eines optischen Elementes oder eines Farbfilters auf der Anordnung. In einer alternativen Lösung können sechs solcher Beleuchtungseinrichtungen unter Verwendung gemeinsam genutzter Strukturen angeordnet werden, um 3 Subpixel durch Platzieren eines entsprechenden Farbfilters über ein Paar von lichtemittierenden Vorrichtungen. Alternativ kann der Halb leiterschichtenstapel auch mit verschiedenen Materialsystemen und Kavitätslängen gestaltet sein, so dass sich verschiedene Farben erzeugen lassen. Solch eine Ausführung ist in Figur 8E illustriert, in dem rech ten Teil der Metallplattenstruktur. 6 lichtemittierende Vor richtungen sind paarweise angeordnet, mit Paaren 1052b, 1052g, 1052r parallel angeordneter jeweils gleicher Vorrichtungen.
Das erste Paar ist angepasst, ein Licht zu emittieren, das die kürzeste Wellenlänge hat, z.B. blaues Licht, folglich hat ihre Kavität die kürzere Länge 11. Ein blauer durch die gestrichelte Linie illustrierter Filter 1045 ist auf den zwei Kavitäten 1010 angeordnet, der das Licht formt, bzw. sofern erforderlich das nicht gewünschte Anteile des blauen Spektrums herausfiltert. Der Filter kann aufgrund der Gerichtetheit auch weggelassen werden .
Das zweite Paar von lichtemittierenden Vorrichtungen 1052g um- fasst auch ein Paar von parallel zueinander angeordneten Kavi täten mit einer entsprechendem im Zentrum der Kavität angeord neten LED Nanosäulenstruktur . Die Länge 12 ist größer als die Länge 11 und korrespondiert zum Beispiel mit einer grünen Farbe. Ebenso ist auch hier ein optionales Form- oder Filterelement 1046 vorgesehen. Schließlich weist das dritte Paar von licht emittierenden Vorrichtungen Kavitäten mit der größten Länge 13 auf. Ebenso ist auch hier ein optionales Form- oder Filterele ment 1047 vorgesehen, welches ungewünschten Anteile des emit tierten Spektrums blockiert, und die Abstrahlcharakteristik formt.
Die Distanz zwischen den Kavitäten jedes Paares ist so einge stellt, dass ihr Übersprechen entweder minimiert oder an eine Distanz angepasst ist, die vorteilhalft für andere Parameter sein kann wie zum Beispiel Emissionscharakteristik, Verfahrens steuerung und dergleichen. Die Distanz zwischen zwei verschie denen Paaren gleicher Farbe ist eingestellt, um Übersprechen zu minimieren. Wenn nötig kann die Metallplatte, die die ge schlitzte Antenne implementiert, getrennt werden, um einen Ein- fluss durch die Metallstruktur zu vermindern. In einigen Vari anten weist die m-LED Anordnung dann nur eine gemeinsam genutzte Kontaktschichtstruktur auf.
Figur 8F zeigt eine andere Anordnung von lichtemittierenden Vorrichtungen, die eine gemeinsame Struktur nutzen. Die ge schlitzte Antennenstruktur weist nicht nur eine gerichtete Emis sion auf, sondern kann auch eine Polarisation des emittierten Lichtes beeinflussen. Für eine Dipolantennenstruktur wie eine geschlitzte Antenne liegt der elektrische Feldvektor E in der selben Richtung wie der Dipol.
In Figur 8F ist die Gruppe von vier lichtemittierenden Vorrich tungen so angeordnet, dass je zwei lichtemittierende Vorrich tungen parallel angeordnet sind, die Paare aber zueinander um 90° versetzt sind. Mit andere Worten sind die Kavitäten 1010a parallel zueinander aber um 90° gedreht zu den Kavitäten 1010b. Damit stehen je zwei lichtemittierende Vorrichtungen so zuei nander, dass ihre Kavitäten in der gemeinsam genutzten Metall platte senkrecht zueinander sind. Im Betrieb der Vorrichtungen wird die Dipolemission der beiden Vorrichtungen auch rotiert sein, was zu einem gemeinsamen rotierenden elektrischen Feld vektor führt. Kavitäten 1010a sind getrennt durch eine Distanz d der gemeinsamen Metallplatte in einer Reihe angeordnet. Somit ist die Abstrahlcharakteristik der Ausführungen der Anordnung der Figur 8E und 8F wegen der Ausrichtung der Kavitäten (paral lel und 90° versetzt) unterschiedlich
Jede Kavität 1010b der lichtemittierenden Vorrichtungen ist senkrecht zu der entsprechenden Kavität 1010a der Vorrichtungen angeordnet, so dass seine Verlängerung der Kavität 1010b der Vorrichtung durch das Zentrum und den LED Nanosäule der ent sprechenden anderen Vorrichtung geht. Die Länge jeder Kavität 1010a und 1010b von lichtemittierenden Vorrichtungen ist in dem illustrierten Beispiel dieselbe. Jedoch ähnlich dem obigen kann die Länge leicht verschieden sein und so das Spektrum verbrei ten. Dieses kann nützlich sein, wenn ein anpassbarer Polarisa tionsfilter über den Vorrichtungen platziert ist, da solche Filter benutzt werden können, selektiv die Farbe zu wechseln.
Der rechte Seitenteil des illustrierten Beispiels von Figur 8F zeigt eine Struktur, um verschiedene Farben Rot, Grün und Blau unter Benutzung von Konvertern zu erhalten. Zu diesem Zweck weist jedes Subpixel 1062r, 1062 und 1062b zwei lichtemittie- rende Vorrichtungen mit ihren entsprechenden Kavitäten 1010, die wie oben beschrieben senkrecht zueinander angeordnet sind. In einigen Varianten können sie auch parallel oder in irgend einer anderen Konfiguration angeordnet sein. Die Länge der Ka vitäten 1010 von jedem Subpixel ist mit einem Wert gewählt, der die lichtemittierende Vorrichtung veranlasst, eine für Farbum- wandlung geeignete Wellenlänge zu emittieren. Ein gemeinsam ge nutzter Konverter ist über den lichtemittierenden Vorrichtungen in Subpixel 1062g angeordnet, um das von den Kavitäten emit tierte Licht (z.B. blaues Licht) zu einer grünen Farbe zu kon- vertieren.
Ebenso ist ein Konverter 1066 benutzt, um das Licht von den lichtemittierenden Vorrichtungen von Subpixel 1062r zu Rot zu konvertieren. Schließlich ist in diesem Beispiel ein Farbfilter 1067 angewandt, um ungewünschte Anteile des Spektrums für Sub pixel 1062b zu filtern. In dem präsentierten Beispiel sind die Längen der Kavitäten auf einen Wert gesetzt, der die lichtemit tierenden Vorrichtungen veranlasst, blaues Licht zu emittieren. Sofern die Kavität für das Subpixel 1062b bereits mit der ge- wünschten Farbe abstrahlt kann der Filter 1067 auch entfallen.
In einigen Varianten kann es passend sein, abhängig von dem verfügbaren Konverter oder von Verfahrensanforderungen eine an dere Länge für die Kavitäten zu wählen. Zum Beispiel kann für die Erzeugung von rotem Licht ein Konverter benutzt werden, um blaues Licht zu rotem oder grünem Licht zu roten zu konvertie ren. Im letzten Fall können die Anforderungen an die Kavitäten länge reduziert werden, was es einfacher macht, die Vorrichtung zu bearbeiten.
Figur 8A illustriert einen anderen Aspekt. Die Abbildung zeigt die Draufsicht einer lichtemittierenden Vorrichtung 1001 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Kavität 1010 in der elektrisch leitenden Struktur, zum Beispiel eine metallische Platte hat eine Länge 1 und eine Breite w. Die Breite w ist eingestellt, geringfügig größer zu sein als eine Breite der LED Nanosäule 1003.
Weiterhin ist die LED Nanosäule 1003 geringfügig verschoben und nicht vollkommen zentriert. Das heißt, dass die LED Nanosäule 1003 mit einer Seite an eine Seitenwand der Kavität 1010 an grenzend angeordnet ist, was eine kleine Lücke zwischen der anderen Seitenwand der Kavität und der gegenüberliegenden Seite der LED Nanosäule hervorruft. Um einen unerwünschten Leckstrom zwischen der LED Nanosäule und der Seitenwand zu vermeiden, ist die LED Nanosäule zumindest auf den längeren Seitenwänden der Kavität gegenüberliegenden Seiten mit einer isolierenden Schicht bedeckt. In dem aktuellen Beispiel ist der LED Nanosäule auf jeder Seite mit isolierendem Material bedeckt. In einer alternativen Ausführung der Figur 8A, ist der Halbleiterschich- tenstapel bzw. Nanosäule 1003 in der Kavität zentriert. Ein Bereich der Kavität zwischen dem der Halbleiterschichtenstapel 1003 und der elektrisch leitfähigen Schicht ist mit einem trans parenten elektrisch isolierenden Material aufgefüllt. Figur 8B zeigen noch einen anderen Aspekt. Die LED Nanosäule weist einen aktiven Bereich auf, d.h. eine oder mehrere Quan tenwellschichten, in denen strahlende Rekombination stattfin det. In Figur 8B formt der erste Kontakt 1011 einen p-Kontakt, der mit der leitenden Schicht 1002 verbunden ist. Der Halb- leiterschichtenstapel bzw. die LED Nanosäule ist hauptsächlich von einem isolierenden Material 1006 umgeben. Die Metallschicht, die die geschlitzte Antenne bildet, formt eine U-Förmige ge formte Struktur mit einer oberen Hauptoberfläche 10042 und einer unteren Hauptoberfläche 10041. Diese Form ist jedoch nicht not- wendig. Insbesondere kann die metallische Struktur auch voll ständig planar sein und lediglich die Kavitäten aufweisen. Die LED Nanosäule ist in der Aussparung oder Kavität platziert. Der aktive Bereich ist auf der Höhe der oberen Hauptoberfläche ge bildet, so das dem Kontakt 1011 zugewandte Ende der aktiven Schicht näherungsweise mit dem Pegel der oberen Hauptoberfläche der Kavität korrespondiert. Mit anderen Worten ist der aktive Bereich der LED Nanosäule in der Kavität 1003 so platziert, dass sein eines Ende bei etwa der oberen Hauptoberfläche 10042 der Kavität angeordnet ist.
Figur 8B, die die Grobansicht entlang der Y-Y Achse illustriert, zeigt die Anordnung des aktiven Bereichs in der Kavität. Ein Ende, zum Beispiel das Ende des aktiven Bereichs näher zum ersten Kontakt 1011 ist platziert bei einem Pegel der oberen Hauptoberfläche 10042 der Kavität. Der aktive Bereich selbst ist so näher an der oberen Öffnung der Kapazität platziert. Solch eine Anordnung und besonders die Position des aktiven Bereichs innerhalb der Kavität hat einen Einfluss auf die Emis sionscharakteristik. Neben diesem Beispiel kann die aktive Schicht auch weiter in die metallische Kavität hineinragen.
Figur 8C und Figur 8D zeigen einige weiteren Aspekte der licht emittierenden Vorrichtungen, um Übersprechen weiter zu vermin dern oder die Emission und optischen Eigenschaften zu verbes- sern. Die lichtemittierende Vorrichtung in Figur 8C entlang der Y-Y Achse weist eine Deckschicht 1002 auf, die strukturiert sein kann und transparent ist, um Emission in diese Richtung ermög licht . Deckschicht 1002 ist elektrisch kontaktiert mit erstem Kontakt 1011, dessen Breite größer ist als die der verbleibenden LED Nanosäule 1003. Die LED Nanosäule ist in einer Kavität 1004 mit einer unteren Hauptoberfläche 10041 angeordnet, die auf einer Chiptreiberschaltung oder einer anderen Vorrichtung platziert werden kann. Die LED Nanosäule 1003 weist auch einen unteren zweiten Kontakt 1005 sowie einen aktiven Bereich 1015 auf. Ak tiver Bereich 1015 ist von einer Vielzahl von Quantenwells oder Quantendots gebildet, kann aber in einigen anderen Varianten auch einen einzelnen Quantenwell oder einen Multiquantentopf aufweisen .
Der aktive Bereich 1015 ist in der Kavität so angeordnet, dass seine Deckschicht, die dem ersten Kontakt 1011 gegenüberliegt, bei einem Pegel platziert ist, der mit der oberen Hauptoberflä che 10042 der die Kavität formenden metallischen geschlitzten Antennenstruktur korrespondiert. Die LED Nanosäule ist inner halb des Bereichs der Kavität bei ihren Seitenwänden mit einer transparenten isolierenden Schicht 1020 oder Passivierungs schicht 1020 bedeckt. Die Schicht verhindert einen unerwünsch ten elektrischen Kontakt zwischen der LED Nanosäule und der umgebenden Struktur der Kavität. Die Passivierungsschicht 1020 verläuft von dem zweiten Kontakt 1005 in Richtung dem Bereich des ersten Kontaktes 1011.
Figur 8D zeigt die Ausführung entlang der X-X Ansicht. Der aktive Bereich 1015 ist in der Kavitätsaussparung angeordnet, die auf den Seitenwänden der LED Nanosäule geformte Passivie rungsschicht 1020 verläuft vom Boden der Kavität zum oberen an dem ersten Kontakt angrenzenden Teil des LED Nanosäule. Es ist anzumerken, dass obwohl der aktive Bereich mit einer Seite auf dem Pegel, der mit der oberen Hauptoberfläche korrespondiert, angeordnet ist, andere Anordnungen geformt werden können. Zum Beispiel kann der aktive Bereich geringfügig unter der oberen Hauptoberfläche gebildet sein. Alternative kann der aktive Be reich so gebildet sein, dass er den Pegel der oberen Hauptober fläche kreuzt. Figur 10 zeigt einige Beispiele für die Geometrie für eine Beschichtung, Mesa Struktur, Konverter, Farbfilter oder irgend eine andere auf der lichtemittierenden Vorrichtung angeordneten Struktur. Wegen der Emissionscharakteristik der Vorrichtung braucht eine Struktur keine symmetrische Struktur besitzen, wie in den Abbildungen gezeigt kann ihre Geometrie vielmehr abwei chen. In dem illustrierten Beispiel weist Struktur 1065 (zum Beispiel ein Farbfilter) die Form eines Halbzylinders in der Teilfigur A auf. In der Teilfigur B kann die Struktur 1065 die Form einer Halbkugel besitzen. Das liegt an der schmalen Emis- sionscharakteristik der Vorrichtung.
Figur 11 zeigt ein weiteres Beispiel, das Farbfilter und Sepa ratoren benutzt, um Übersprechen zu reduzieren. Die Licht emit tierende Vorrichtung weist einen Farbfilter 1046 auf der Kon- taktschicht 1002 auf. Der Farbfilter 1046 weist eine Deck schichtstruktur 1046b auf, um Kopplung von emittiertem Licht in ein anderes Material zu verbessern. Die Struktur kann periodisch sein, d.h. ein photonischer Kristall oder eine ähnliche Struk tur. Auch nichtperiodische Strukturen wie z.B. einfache Aufrau- hung können benutzt werden, um das Auskoppeln von Licht zu erhöhen. Die lichtemittierende Vorrichtung weist auch nahezu jeder Seite des Pixels und der lichtemittierenden Vorrichtung transparente Separatoren 1049 auf. Die Separatoren 1049 weisen eine grob mit der Höhe der lichtemittierenden Vorrichtung kor- respondierende Höhe auf.
Die dargestellte Vorrichtung wird in einer Ausführung als mo nolithisches Displays mit Kavitäten gefertigt, die jeweils die gleiche Länge aufweisen. Dieses Display wird als lichtemittie rendes Element für das Beispiel einer Lichtführung nach der weiter unten beschriebenen Figur 248 verwendet. Figur 12 zeigt einen Wachstumsträger 1, insbesondere ein Saphir- Substrat. Dieser eignet sich vor allem für das GaN Materialsys tem. In einem ersten Schritt werden Anpassschichten oder andere Maßnahmen getroffen, um eine möglichst planare Oberfläche zu erhalten. Dann erfolgt das Abscheiden einer Anwachsschicht 3. Auf dieser wird eine isolierende Maskierungsschicht z.B. aus SiO. Diese wird anschließend strukturiert, so dass längliche rechteckige Bereiche freigelegt werden, die Bereiche sind zu einander parallel und im Wesentlichen gleich groß . Auf diese freien Bereiche wird epitaktisch eine Anzahl von, beispielsweise sechs, Materialvolumina 7 in Form von Polyedern, insbesondere Quader aufgewachsen . Dieser Kern kann dotiert sein, so dass er gut den Strom leiten kann. An der Oberfläche und den Seitenwän den wird anschließend eine aktive Schicht 9 aufgebracht. An diese wiederum schließt sich eine Zusatzschicht 11 an. Letztere ist von einem anderen Dotiertyp wie der Kern und kann z.B. auch eine Stromaufweitungsschicht umfassen, um Ladungsträger mögli ches gleichmäßig über den ganzen Bereich, d.h. Oberfläche und Seitenflächen zu verteilen. Auf diese Weise ergeben sich m-LEDs in Quader- oder Barrenform.
In Figur 12 weist die Anwachsschicht 3 eine n-Dotierung und insbesondere GaN auf. Die Maskierung 5 umfasst Siliziumdioxid oder Siliziumstickstoff. Die Materialvolumina 7 weisen ein zur Anwachsschicht 3 gleiches Material auf. Die aktive Schicht 9 beinhaltet In- oder Al-GaN-MQW (Multi Quanten-Gräben) . Die Zu satzschicht 11 ist p-dotiert und basiert ebenfalls auf GaN. Andere Materialsysteme sind ebenso möglich. Die so gebildeten Strukturen sind mit Längsachsen im Wesentlichen parallel zuei nander und weise die gleiche Größe bzw. Geometrie auf. Varia- tionen ergeben sich aus Prozessschwankungen. Figur 13 zeigt einen weiteren Schritt zur Herstellung eines vorgeschlagenen elektronischen Bauelements in gleicher Quer schnittsdarstellung. In Figur 13 wird eine Spiegel-Metallisie rung 13 oder ein Lötmittel bereitstellenden spiegelnden erste Metallisierung 13a an den der Anwachsschicht 3 abgewandten Ober fläche der mit der aktiven Schicht 9 und den weiteren 11 Schich ten bedeckten Materialvolumina 7 erzeugt. Diese bilden somit die p-Kontakte. Die Spiegel-Metallisierung 13 befindet sich so mit auf der Oberseite der Quader und kontaktiert die darunter- liegende p-dotierte Schicht über die ganze Länge. Dadurch wird ein großflächiger Kontakt erzeugt, der eine gleichmäßige Strom verteilung in die p-dotierte Schicht begünstigt.
Figur 14 zeigt einen weiteren Schritt zur Herstellung eines vorgeschlagenen elektronischen Bauelements in Darstellung eines Querschnitts. In diesem wird eine Lötmittel-Metallisierungs schicht 13b als erstes an eine Hauptoberfläche eines flächigen Trägers 15 gebondet und dann diese bereitgestellt. Die Lötmit- tel-Metallisierungsschicht 13b enthält eine Anzahl an Kontakt- streifen deren Länge der Länger der Quader oder Baren und der Kontakte 13a entspricht. Zudem ist der Abstand zwischen den kontaktstreifen so gewählt, dass er dem Abstand der Barren auf dem Substrat 1 entspricht. Der Träger mit der Metallisierung wird über den Quadern angeordnet und ausgerichtet und anschlie- ßend daran gebondet oder anderweitig stoffschlüssig befestigt. Dadurch ist eine Kontaktierung gewährleistet und die Metalli sierung 13b bildet einen gemeinsamen Anschluss für alle Quader. Die erste Metallisierung 13a kann zur Lötmittel-Metallisie rungsschicht 13b das gleiche Material aufweisen.
Anschließend wird wie in Figur 15 dargestellt, der Träger ge- flippt und der Wachstumsträger bzw. das Saphirsubstrat 1 von der Anwachsschicht 3 entfernt. Dieser Prozess erfolgt unter anderem mittels eines Laser-Lift-Off Prozesses (LLO (Laser- Lift-Off)). Figur 16 zeigt einen weiteren Schritt, in dem die Anwachsschicht 3 und Teile der Maske wieder entfernt wurden. Diese Entfernung erfolgt in zwei Schritten, bei dem erst die Anwachsschicht zu einem großen Teil entfernt wird. Anschließend wird das Element so bearbeitet, dass ein Bereich 7 vorstehend übrigbleibt, in diesem Bereich von dem weiteren Ätzprozess, insbesondere eines Ätzprozess für die Maskierungsschicht 5 ausgespart wird. Wie dargestellt ergibt sich eine Struktur, in der die aktive Schicht 9 und die weitere Schicht 11 gegenüber der Oberfläche des Be- reichs 7 leicht zurückgesetzt ist. Der Ätzprozess kann durch reaktives Ionenätzen oder auch Plasmaätzen erfolgen.
Die nunmehr an den Oberflächen freiliegenden Bereiche werden in einem folgenden Schritt in Figur 17 von einer Passivierungs- Schicht vollständig umgeben. Dies enthält SiO und wächst über die vollständige Oberfläche entlang der Längsseite der Quader. Ebenso wird die Oberfläche der Metallisierung 13b von einer Passivierungsschicht überzogen, die sich auch in den Undercut zwischen Graben und Metallisierung 13a, 13b erstreckt. Obwohl in der gezeigten Darstellung Frontseite freiliegend dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass auch hier eine Passivie rung erfolgt, um die darunterliegenden Schichten vor Oxidation oder Beschädigung zu schützen. Gemäß Figur 18 wird nun eine Foto Maske aufgebracht (nicht dargestellt) und die Passivierung entlang der Oberfläche der Quader in einem Streifen wieder durch eine Ätzprozess geöffnet und der darunterliegende Kern freigelegt. Die Breite des Strei fens ist etwas kleiner als die Breite der Oberfläche des Kerns. Dadurch verbleibt eine Passivierung auch entlang der längssei tig verlaufenden Kante des Kerns. Anschließend wird in einem weiteren Schritt eine weitere Metallisierung 13c in den Streifen eingebracht. Diese bildet die n-Kontakte 21 für die m-LED Ele mente. Neben dem durch einen Streifen gebildeten n-Kontakt wird dieser auch durch eine Metallisierung 13d an einer Seite kon taktiert. Die Metallisierung 13d erstreckt sich in dieser Aus führung über die ganze Längsseite des m-LED Elementes und ver läuft auch entlang der Seitenwand bis hinunter zu der Passivie- rung 17. Metallisierung 13d ist reflektierend ausgeführt. Der Verlauf der Metallisierung 13d ist so gewählt, dass jeweils zwei Metallisierungen 13d an den Seitenwänden der m-LED Elemente sich gegenüberliegenden. Bei drei benachbarten m-LED Elementen lie gen sich zumindest zwei Metallisierungen der Elemente gegenüber.
Auf einer Seite, in Figur 18 ganz links dargestellt ist ebenso eine weitere dritte Metallisierung 13e abgeschieden. Diese bil det eine metallische n-Zwischenverbindung 27 zu an diese Ober fläche der Passivierungsschicht 17 angebrachten n-Kontaktberei- chen 23. Diese können mittels vierten Metallisierungen 13f aus gebildet sein. Die n-Kontaktbereiche 23 können als Kontakt streifen erzeugt werden und sind in Figur 20 und 21 dargestellt.
Hingegen ist auf der ganz rechten Seite des in Figur 18 darge- stellten Pixelelements die Passivierung in einem Bereich ent fernt wurde so dass die Metallisierung 13b freiliegt. Diese ist anschließend mit dem elektrisch leitenden Material 13g aufge füllt und bildet einen planaren p-Kontaktbereiches 19, der mit tels der Lötmittel-Metallisierungsschicht 13b mit den p-Kontak- ten 20 elektrisch verbunden ist. Der p-Kontaktbereich 19 ist großflächig und auf diese Weise für ein Bonden geeignet.
In dem letzten Schritt nun, dargestellt in Figur 19 werden nun ein Teil der Zwischenräume mit einem Konvertermaterial aufge- füllt. Im Einzelnen wird aber lediglich der Zwischenraum auf gefüllt, in dem keine reflektierenden Metallisierungen vorhan den sind, der Bereich mit sich gegenüberliegenden Metallisie rungen 13d bleibt ausgespart. Mit anderen Worten wird lediglich der oder die Zwischenräume mit Konvertermaterial befüllt, bei denen Seitenwandspiegel-Metallisierungen 13d voneinander abge wandt erzeugt wurde. Hintergrund ist der, dass durch die re flektierende Metallschicht, in der aktiven Schicht erzeugtes Licht zurück in Richtung des Konvertermaterials gelenkt wird. Das Konvertermaterial wird bis ungefähr zur Höhe der n-Kontakte 21 aufgefüllt. Dadurch können auch leicht schräg emittierte Photonen im Konverter umgewandelt werden.
Das Konverter-Material 25 kann beispielsweise bei baugleichen epitaktisch erzeugten Mikroleuchtdioden, die beispielsweise im Ultraviolett-Bereich emittieren, für eine jeweilige Farbe der art verschieden erzeugt sein, dass in rotes, grünes und blaues Licht gewandelt wird. Bei einer Anzahl von sechs elektrisch m- LEDs, kann für je zwei benachbarte m-LEDs ein auf eine Farbe abgestimmtes Konvertermaterial 25 verwendet werden. Da damit jeder Farbe zwei m-LEDs zugeordnet sind, ist für jede Farbe eine Redundanz gegeben. Auf diese Weise ist ein redundantes RGB- Pixel erzeugt. Figur 20 zeigt ein derartiges in Reihe angeordnetes Pixel mit drei Subpixel aus je zwei m-LEDs mit dazwischen angeordneten Konvertermaterial in Draufsicht. Figur 21 zeigt einen Längs schnitt des gleichen Pixelelements. In dieser Ausführung gibt es einen gemeinsamen p-Kontakt 19, der sich über die gesamte Länge des Pixels erstreckt. Die n-Kontakte 23 kontaktieren je weils ein Paar von m-LEDs, wobei zwischen diesen Konverterma terial für die Lichtumwandlung in verschiedene Wellenlängen an geordnet ist. Figur 20 zeigt im Besonderen, dass n-Kontakte 21 mit n-Kontaktbereichen 23 mittels Seitenwandspiegel-Metallisie- rungen 13d und an der dem Träger 15 abgewandten Seite der Pas sivierungsschicht 17 abgeschiedenen dritten Metallisierungen 13e elektrisch verbunden sind, die n-Zwischenverbindungen 27 ausbilden. N-Kontakte 21 sind als zweite Metallisierungen 13c ausgebildet. N-Kontaktbereiche 23 sind als vierte Metallisie- rungen 13f ausgebildet. Die n-Kontaktbereiche 23 und p-Kontaktbereiche 19 sind in Form von Anschlussstreifen oder Stromschienen ausgebildet und können sowohl auf der Vorderseite zum Anbonden von Kontaktdrähten, aber auch auf der Rückseite des Trägers zum Anschluss als „Flip- Chip" angeordnet sein. Figur 21 zeigt zudem, dass mittels fünf ten Metallisierungen 13g erzeugte p-Kontaktbereiche 19 mittels der Lötmittel-Metallisierungsschicht 13b elektrisch angeschlos sen sind. Diese ist mit aus ersten Metallisierungen 13a erzeug ten p-Kontakten 20 elektrisch verbunden, die hier nicht darge- stellt sind.
Eine weitere Kontaktierungsmöglichkeit eines derartigen Pixels in Figur 22 dargestellt. Das Pixel ist hier als ein auf ober flächenmontierbares Modul ausgebildet. Im Unterschied zur vor- herigen Ausführung sind hier die n-Kontakte 21 über Zwischen leitung 27 an n-Kontakt-Durchkontaktierungen 29 oder Vias elektrisch angeschlossen. Die n-Kontakte 13d sind über die an den Seitenwänden verlaufenden Metallisierungen mit den Zwi schenleitungen verbunden. Für jeden n-Kontakt existiert eine Durchkontaktierung. Die Via 29 und die Zwischenschichten sind zu der Metallisierung 13b (hier nicht dargestellt) und dem Trä ger 15 elektrisch isoliert.
Figur 23 zeigt den Längsschnitt des Pixelelements. Leitung 27 kontaktiert den n-Kontakt 13d und führt dann an ein Via 29, welches mit dem n-Kontakt 23 auf der Unterseite des Trägers 15 verbunden ist. Passivierungsschicht 17 trennt den p-Kontakt 31 ebenfalls auf der Unterseite und die damit verbundene Metalli sierung von dem n-Kontakt. Durch die beiden Kontakte auf der Unterseite kann das Pixel direkt auf einer Matrix angebracht werden .
Figur 24 zeigt ein für Rot-Grün-Blau-Licht redundantes Pixel, bei dem die n-Kontakt-Durchkontaktierungen 29 an den Stellen ausgebildet wurden, an denen die Seitenwandspiegel-Metallisie rungen 13d enden. Diese verlaufen von den zweiten Metallisie rungen 13c kommend, entlang den zum Träger 15 senkrechten Ober flächen der Passivierungsschicht 17 bis zu der zum Träger 15 abgewandten und parallelen Oberfläche der Passivierungsschicht 17. Von dort aus sind Via 29 vorgesehen, welche den N-Kontakt mit Bereichen 23 auf der anderen Seite des Trägers kontaktieren. Ebenso ist ein Via 31 vorgesehen, welche an einer Stelle des Trägers gegenüber der Mitte des Konvertermaterial liegen und die p-Schichten kontaktieren. Auf diese Weise ist ein redundan tes RGB-Pixel erzeugt, da auch bei Ausfall eines m-LED weiterhin das zweite angesteuert werden kann.
In dieser Ausgestaltung sind drei Konvertermaterialien vorge- sehen. Jedoch muss blaues Licht nicht konvertiert werden. Daher kann anstatt Konvertermaterial für blaues Licht auch eine Dif fusion oder ein anderes Material benutzt werden. Zudem sind hier leidglich einzelne Pixelelemente gezeigt. Es versteht sich hin gegen von selbst, dass auch eine Vielzahl von Pixeln auf diese Art herstellbar sind, dadurch können monolithisch eine Vielzahl von Pixelelementen in Reihe und Spalten gefertigt werden. Diese bilden ein m-Display oder ein Modul, welches wiederum auf einen Träger oder ein Board mit entsprechender Ansteuerelektronik aufgesetzt und kontaktiert werden kann.
Figur 25A ist eine Ergänzung zu der Ausführungsform der Figur 24 mit einigen weiteren der in dieser Offenbarung beschriebenen Maßnahmen. Das redundante Pixel ist mit einer dielektrischen und transparenten Deckschicht 37 überzogen, die anschließend planarisiert wurde. Die Deckschicht erstreckt sich dabei auch in die Vertiefungen zwischen den Pixeln, so dass diese mit einem Material gefüllt sind. In der Deckschicht 37 ist eine lichtfor mende Struktur in Form eines auf die jeweilige Farbe abgestimm ter photonischer Kristall 34 eingebracht. Der Kristall ist nach einem der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken herge stellt. Er kann neben der hier konkret dargestellten Struktur auch durch andere in dieser Offenbarung gezeigten Strukturen gebildet werden. Die photonische Struktur umfasst jeweils Ab- schnitte 35 und 36 aus Materialien mit unterschiedlichem Bre chungsindex, wobei das Material 35 der Deckschicht entspricht. Die erste Struktur 341 besitzt Abschnitte mit der Dicke Dl, die auf die Wellenlänge des vom Konverter 25r emittierten Lichts abgestimmt ist. Im Fall von rotem Licht ist Dicke Dl und damit der Abstand zwischen Abschnitten des gleichen Brechungsindex am größten .
Über dem zweiten Subpixel mit dem Konvertermaterial 25g ist eine photonische Struktur angeordnet, deren Abschnitte den geringe- ren Abstand D2 zueinander aufweisen. Über dem Subpixel mit dem Konvertermaterial 25b ist der Abstand D3 zwischen Material mit gleichem Brechungsindex am kleinsten, die Periodizität als Kehr wert zum Abstand entsprechend am größten. In dieser Darstel lungsform ist die photonische Struktur so ausgeführt, dass ihre Periodizität and die Frequenz des emittierten Lichts angepasst ist. Daraus ergeben sich die unterschiedlichen Abstände. In einer anderen Ausführung kann vorgesehen sein, gemeinsame Tei ler oder Vielfache dieser Periodizität zu wählen, oder auch Übergitter anzugeben, um gegebenenfalls eine photonische Struk- tur mit gleichen Abständen zwischen Material mit gleichem Bre chungsindex vorzusehen. Alternativ kann mit einem solchen Über gitter auch eine frequenzselektive Wahl erfolgen, d.h. wie in einigen Ausführungen hierin gezeigt, nicht konvertiertes Licht abgelenkt, gestreut oder reduziert werden. Auf diese Weise kann auch die photonische Struktur als Filter für nicht konvertiertes Licht wirken, das aus den Konvertern 25r und 25b austritt .
Figur 25B zeigt zu dieser Struktur eine Draufsicht. In dem linken Teilbereich ist das Subpixel 25r, im mittleren Teilbe- reich das Subpixel 25g und im rechten Teilbereich das Subpixel 25b jeweils mit einer photonischen Struktur dargestellt. Die photonische Struktur des ersten und zweiten Teilbereichs ist als sogenannte eindimensionale photonische Struktur ausgebil det. Aufgrund der Balkenform der photonischen Struktur, wobei das Material unterschiedlichen Brechungsindex im Wesentlichen parallel zu den m-LEDs und den Konvertermaterial verläuft, ergibt sich eine virtuelle Bandlücke entlang der Periodizität. Licht was sich entlang Richtung x ausbreitet, wird durch die photonische Struktur reduziert. Im rechten Abschnitt für das Subpixel 25b ist eine zweidimensionale photonische Struktur ge zeigt, deren Periodizität in beide Raumrichtungen x und y die gleiche ist. Dadurch ergibt sich eine Unterdrückung der Licht ausbreitung von emittiertem Licht in beide Raumrichtungen und Licht wird in einem engen Kegel abgestrahlt.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass anstatt der gezeigten pho tonischen Struktur auch eine Mikrolinse oder eine andere licht formende Struktur über den einzelnen Subpixeln angeordnet wer den kann. Gleiches gilt im Übrigen auch für andere m-LED-Anord- nungen. eine Mikrolinse wird photolitograpisch hergestellt und scheint auch bei kleineren Strukturen durch eine inhärente se lektive Ätzung möglich.
Wieder auf Figur 25A verweisend, zeigt die Figur darüber hinaus noch Beispiele von Ansteuerungsmöglichkeiten der verschiedenen Subpixel. Natürlich weiß der Fachmann, dass in einer Implemen tierung zweckmäßigerweise nur eine der möglichen Ansteuerungen verwendet wird. Die Darstellung ist daher schematischer Natur. Für alle Subpixel 25r sind die Anschlusskontakte 19 an jeweils ein gemeinsamen Massepotential 40 angeschlossen. Die Kontakte 23 für das erste Subpixel mit dem m-LED Paar und Konverter 25r führen jeweils über einen Stromtreibertransistor 41 an eine Spannungsquelle 43. Dadurch können beide m-LED in der Ausge staltung für das Subpixel 25r unabhängig voneinander mit Strom versorgt werden. Somit kann jede m-LED eventuell bei gleicher Gesamtintensität mit niedrigeren Stromstärken betrieben werden, für das mittlere Pixel sind zwischen Stromtreibertransistor und m-LED jeweils eine Schmelzsicherung 44 geschaltet. Diese Aus führung ähnelt insofern einer der Ausgestaltungen in den Figur 323 bis 327. Eine der Schmelzsicherungen ist mit einem die
Sicherung auslösenden Element verbunden, welche in der Figur durch das Bezugszeichen 45 dargestellt ist. In dem rechten Sub pixel 25b sind beide Anschlüsse 23 mit einem gemeinsamen Strom treiber 41 verbunden. Der Stromtreibertransistor 41 kann unter anderem als die in dieser Anmeldung offenbarten Treibertransis toren ausgestaltet sein. Dazu gehört beispielsweise auch der in dieser Anmeldung offenbarte Backgatetransistor in Figur 296ff.
Zudem müssen die einzelnen Subpixel nicht parallel angeordnet sein. So besteht die Option, ein Paar m-LED versetzt zu den beiden anderen oder auch um 90° versetzt anzuordnen. Figur 25C zeigt beispielhaft eine derartige Pixelstruktur in Draufsicht. In der linken Ansicht sind zwei Reihen von Subpixeln der Pixel PI, P2 und P3 dargestellt. Diese sind alternierend angeordnet, d.h. Pixel 1 hat in der ersten Reihe das grüne und blaue Sub pixel, während zentriert in der zweiten unteren Reihe das rote Subpixel angeordnet ist. Pixel P2 ist wiederum genau andersherum angeordnet, d.h. blaues und grünes Subpixel in der zweiten Reihe, das rote Subpixel in der ersten Reihe. Daraus ergibt sich zwar eine Struktur ähnlich den oberen Ausführungen, jedoch ist die Ansteuerung leicht unterschiedlich da die drei in Reihe angeordneten Subpixel zu mindestens zwei verschiedenen Pixeln gehören. Im rechten Teil der Figur 25C ist das rote Subpixel mit seinen Quadern senkrecht zu den beiden anderen Subpixelpaa- ren angeordnet. Dies ergibt einen sehr geringen Platzverbrauch.
Figur 26 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines m-Rods M, wie er separat hergestellt ist. Es dient als Basis für die Herstellung des vorgeschlagenen elektronischen Bauelements mit einer Viel- zahl horizontal ausgerichtete m-Rods . Der m-Rod umfasst einen Kern 1, der von einer Schichtfolge 3 teilweise eingehüllt ist. Die Schichtfolge 3 ist von innen nach außen mittels einer ersten Schicht 5, einer aktiven Schicht 7 und einer zweiten Schicht 9 ausgebildet. Der Kern 1 umfasst n- dotiertes GaN. Die erste Schicht 5 kann ebenso n-dotiertes GaN aufweisen, jedoch eine unterschiedliche Dotierkonzentration . Die aktive Schicht 7 weist einen oder mehrere Quantentöpfe oder Quantenwells mit InGaN auf. In der aktiven Schicht 7 rekombi- nieren die Ladungsträger und emittieren Licht. Die zweite Schicht 9 ist auf der aktiven Schicht 7 abgeschieden und weist p-dotiertes GaN auf.
Der m-Rod wird auf einer einem Saphir-Substrat S erzeugt, auf den eine optionale Anwachsschicht 2 aus n-dotiertes GaN aufge- wachsen ist. Auf dieser ist eine strukturierte Maske 4b aus Si02 aufgebracht .
Der m-Rod M ist im Querschnitt ein regelmäßiges Sechseck. An seiner Spitze verkleinert sich der Durchmesser und läuft in Form einer Pyramidenspitze aus. Aktive Schicht 7 erstreckt sich so um den Kern und verläuft im Wesentlichen von der Maskenschicht 4b bis zur Spitze. Ebenso umfasst die p-dotierte GaS Schicht den Kern und die aktive Schicht 7 vollständig. Durch die Form und die Geometrie, insbesondere den Durchmesser der m-Rods zusammen mit dem benutzten Materialsystem für die aktive Schicht und/oder von Dotierungen wird eine Emissionswel lenlänge eingestellt. Die Größe des m-Rods, insbesondere die Höhe liegt im Bereich weniger pm, beispielsweise kleiner 20pm oder im Bereich von 5pm. Der Durchmesser beträgt ebenfalls we nige pm, beispielsweise 2pm. In einigen Aspekten liegt ein Ver hältnis von Höhe zu Durchmesser um Bereich von 1 zu 1 bis 4 zu 1. Nach der Herstellung wird der m-Rod von dem Wachstumssubstrat 2 abgenommen und weiter prozessiert. Figur 27A zeigt ein Ausführungsbeispiel einen auf einem Träger fixiertes und elektrisch angeschlossenen m-Rods M, der so ein Pixel oder Subpixel bildet. Der Querschnitt des m-Rods ist in der Figur 27A entlang der Schnittfläche AA rechts oben nochmals dargestellt. Der m-Rod weist einen Querschnitt in Form eines Sechsecks mit gleichen Winkeln und Kanten auf. Die Schichtfolge 3 von innen nach außen ist dargestellt, wobei diese zusätzlich außen von einer Stromaufweitungsschicht 28 umgeben ist. Die Stromaufweitungsschicht ist zweckmäßigerweise transparent und erstreckt sich von der Spitze des m-Rods bis zur isolierenden Schicht 4b.
Der m-Rod M ist nun längs und im Wesentlichen parallel zum Träger B angeordnet. An seinem ersten Längsende 12 ist die Stromaufweitungsschicht 28, bzw. die p-dotierte Schicht 9 an einen ersten Kontakt 13 angeschlossen. Der erste Kontakt er streckt sich entlang der unteren Halbseite der Pyramide oder der Spitze, und verläuft von der Spitze 12 bis zu dem sich längs erstreckenden Bereich. Ein Teil des Kontaktes ist auch an der Oberseite der Spitze angebracht, so dass der Kontakt eine Art Kappe bildet und die Spitze des m-Rods teilweise verkapselt. Der Kontakt 13 ist wiederum auf einen Kontaktbereich 17 aufge bracht, der mit dem Träger B und eventuell darin vorhandenen elektrischen Strukturen verbunden ist. Der Kontaktbereich 17 reicht über die Oberfläche des Trägers B hinaus, wodurch der m- Rods von der Oberfläche des Trägers leicht beabstandet ist.
An seinem anderen rückwärtigen Ende 14 ist der Kern 1 an den Kontakt 15 angeschlossen. Durch die Reste der isolierenden Mas- kierungsschicht 4a, erzeugt der Kontakt 15 keinen Kurzschluss und ist von der Schicht 19 oder auch 28 elektrisch isoliert. Der Kontakt 15 reicht in seiner Höhe bis ungefähr an den oberen Teil der Isolationsschicht 4a. Auch dieser Kontakt ist elektrisch und mechanisch mit einem Kontaktbereich 19 verbun- den. Kontaktbereiche 17 und 19 sind im Wesentlichen gleich hoch, so dass der m-Rod parallel zur Oberfläche des Trägers ausge richtet ist. Der Raum zwischen dem Träger B und dem m-Rod ist in diesem Beispiel leer, d.h. nicht mit einem reflektierenden Material ausgefüllt. Wie weiter unten dargelegt, ist es jedoch zweckmäßig eine Reflektorstruktur unterhalb und um den so an geordneten m-Rod herum anzulegen.
Figur 27B stellt eine alternative Ausgestaltung und Ergänzung zu Figur 27A dar. In dieser Ausführung ist der m-Rod direkt mit der Oberfläche des Träger B in Kontakt gebracht. Für eine Kon taktierung ist ein Kontaktbereich 17 ' vorgesehen, der relativ großflächig ausgestaltet ist, was die Positionierung verein facht. In einer weiteren Ausführung kann dieser Kontaktbereich 17 ' auch über die Oberfläche des Trägers B leicht hinausragen, so dass der m-Rod leicht oberhalb angeordnet ist. Kontaktierung 15 ist mit Kontaktelement 19' verbunden. Zusätzlich zeigt die Figur ein weiteres Substrat IC-S, in dem mehrere Treiberschal tungen, Leitungen und andere Bauelemente untergebracht sind. Eine weitere Kontaktierung 38 und 39, die ebenfalls großflächig ausgeführt sind, sind an die Leitungen und Schaltungen ange schlossen. Beispielsweise führt der Kontaktbereich 38 an ein Massepotential 41, der Kontaktbereich 39 and eine Treiberschal tung 40, hier schematisch dargestellt. Ein Kleber 37 verbindet beide Träger miteinander. Wegen der Großflächigkeit der Kontakte ist eine Positionierung der Träger aufeinander vereinfacht.
In einer anderen Ausführung nach Figur 27B kann der m-Rod direkt auch dem Basisträger B aufliegen. In dieser Ausgestaltung ist die p-dotierte Schicht 9 bzw. die Stromaufweitungsschicht ent- lang einer Längsseite direkt mit einem ersten Kontaktbereich 17' auf der Oberfläche des Trägers B verbunden. Ein zweiter Kontaktbereich 19' wird isoliert davon im Träger B vorgesehen und ist elektrisch und mechanisch an den Kontakt 15 angeschlos sen. Neben einer einfacheren Herstellung, so können die Schritte in den Figuren 30 und 31 weggelassen werden, ist hier ein grö ßerer Kontaktbereich 17' möglich. Dadurch wird eine Ausrichtung und Platzierung vereinfacht. Kontaktbereich 17' umfasst eine reflektierende leitfähige Schicht. Zudem kann auch hier eine reflektierende Struktur um die m-LED herum vorgesehen sein. Diese bildet einen Kasten um die m-LED, wobei die Fläche oder der Raum dazwischen mit Konvertermaterial aufgefüllt sein kann.
Figur 28 bis 38 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines vorge- schlagenen Verfahrens zur Herstellung einer Gruppe optoelekt ronischen Bauelementen aus drei m-Rods . Figur 28 zeigt drei nebeneinander angeordnete und sich senkrecht aus einem Wachs tumssubstrat S erstreckende m-Rods M, die mittels einer eine erste Dotierung aufweisenden optionalen Anwachsschicht 2 er- zeugt werden. Eine strukturierte Maske 4b ist auf der Oberfläche des Wachstumssubstrats 2 aufgebracht. In den offenliegenden Stellen wird ein länglicher Kern 1 senkrecht aus der Anwachs schicht 2 gebildet, wobei ein Kern 1 ein zur Anwachsschicht 2 gleiches Material aufweist. Der Wachstumsprozess erzeugt die in den Figuren 26 bis 28 zulaufende Spitze. Anschließend wird die Schichtenfolge 3 in mehreren Schritten auf dem Kern abgeschie den. Auf dem Kern wird als erstes die Schicht 5 mit gleichem Dotierungstyp abgeschieden. Auf dieser wird eine aktiven Schicht 7 aufgewachsen . Diese umfasst mehrere Quantenwells . Eine p- dotierte Schicht 9 schließt sich auf der aktiven Schicht 7 an. Zusätzlich wird auf der p-dotierten Schicht ein Stromaufwei tungsschicht aufgebracht, um die injizierten Ladungsträger über den gesamten Bereich der p-dotierten Schicht 9 zu verteilen. Natürlich kann auch p- und n-Dotierung vertauscht werden, die Schichtenfolge 3 wird in diesen Beispielen sofern möglich epi taktisch hergestellt.
Figur 28 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung eines vorgeschlagenen optoelektronischen Bauelements. Für die Gruppe von drei m-Rods werden erste Kontakte 13 ausgebildet. Dazu wird ein Fotolack 11 auf die Oberfläche des m-Rods und die Stromaufweitungsschicht aufgebracht. Das Längsende 12 mit der Spitze wird anschließend mittels 02-Plasma-Ätzens freigelegt und ein leitender transparenter Kontakt flächig auf die Spitze auf- gebracht. ITO eignet sich für diesen Kontakt 13. Wie in der Figur 28 gezeigt reicht der Kontakt nicht über die ganze Spitze, sondern nur über den oberen Bereich.
In Figur 29 ist eine alternative Ausführung zu sehen. Diese kann erzeugt werden, in dem der erste Kontakt 13 nach Figur 28 als seed layer dient und anschließend Kontaktmaterial darauf gal vanisiert oder gesputtert wird. Dadurch weist der Kontakt 13 mindestens eine Kontaktebene auf, an die ein erster Kontaktbe reich 17 eines Trägers B auf einfache Weise mechanisch und elektrisch angeschlossen werden kann. Die Kontaktebenen zum Kontaktieren mit den ersten und zweiten Kontaktbereichen 17 und 19 verlaufen parallel entlang der Längsachse eines m-Rods M. Die Ausbildung des ersten Kontakt 13 als ein Würfel oder Quader ist zweckmäßig, da das so erhaltene Bauteil damit keine starke Veränderung deines Durchmessers zeigt, sondern im Wesentlichen einen Köper mit einer Hexagongrundfläche oder einen anderen Polyeder bildet.
Figur 30 bis Figur 32 zeigen weitere Verfahrensschritte eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines vorgeschlage nen optoelektronischen Bauelements. In diesen werden die m-Rods als Gruppe von insbesondere drei m-Rods M von einem Wachs tumssubstrat S auf eine Folie 23 insbesondere mittels einer Flip-Chip-Technik übertragen. Figur 30 bildet die Ausgangspo- sition für das Verfahren. Es sind zwar lediglich drei Rods dargestellt, jedoch können eine Vielzahl derartiger m-Rods in Spalten und Reihen vorgesehen sein. In einem ersten Schritt wird nach Figur 31 die m-Rods von einer Verbindungsschicht 21, insbesondere eine Thermoplast-Verbin dungsschicht 21 umgeben. Diese reicht von der Kontaktierung 12 bist zu der Maskierungsschicht 4b. Gegebenenfalls wird, hier nicht dargestellt, die Verbindungsschicht 21 bis auf die ersten Kontakte entfernt, so dass sich eine planare Oberfläche ergibt. Die ersten Längsenden 12 und die Kontakte 13 liegen vorüberge hend auf einem Ersatzträger E auf. Die Gruppe von m-Rods M wird bei diesem Schritt gemeinsam mit der Aufwachsschicht 2 und dem Saphiersubstrat auf den Ersatzträger transferiert.
In Figur 32 ist der Ersatzträger E entfernt, so das die m-Rods M jetzt von der Verbindungsschicht 21 zusammengehalten werden, zudem wird das Wachstumssubstrat S und die Schicht 2 entfernt. Lediglich verbleibt ein Teil der Maskierungsschicht als Isola tionsschicht auf den m-Rods . Auf die Oberfläche des jetzt frei legenden Kerns ist ein Kontakt 15 aufgebracht. Dieser kontak tiert den Kern elektrisch und erstreckt sich auf einen Teil der Isolationsschicht. Der zweite Kontakt 15 kann jeweils mittels Galvanisieren oder Sputtern erzeugt worden sein.
Kontakt 15 weist mindestens zwei Kontaktebenen im Wesentlichen parallel zu der Längsseite des m-Rods auf, an die zum einen ein zweiter Kontaktbereich 19 eines Trägers B auf einfache Weise mechanisch und elektrisch angeschlossen werden kann, und zum anderen ein m-Rod M an der in Figur 33 gezeigten Folie 23 befestigt werden kann. Wie der Kontakt 13 kann auch der zweite Kontakt 15 würfelförmig oder quaderfömig ausgebildet sein. Nach dem Aufbringen einer Folie 23, an denen die Kontakte 15 mechanisch befestigt sind, lassen sich die m-Rods transferie ren, aufbewahren oder weiter prozessieren. Die Kontaktierung an der Folie 23 kann durch Adhäsionskräfte aber auch durch Kleber oder ähnliches erfolgen. Die ersten Längsenden 12 verbleiben unverändert. Im nächsten Schritt dargestellt in Figur 34 wird die Verbindungsschicht 21 vollständig entfernt. Dadurch "hän gen" nun die m-Rods vereinzelt an der Folie 23 und lassen sich so einfach auf einen Träger transferieren oder anderweitig wei terverarbeiten. In einer alternativen Ausführung dargestellt in Figur 35 wird die Verbindungsschicht 21 nur teilweise entfernt, so dass die m-Rods hiervon noch leicht umhüllt sind.
Gemäß Figur 35 sind die an der Folie 23 fixierten drei kontak tierten m-Rods derart vereinzelt worden, dass die Verbindungs- Schicht 21 lediglich teilweise entfernt wurde. Die Rods selbst sind davon noch umhüllt, wobei diese sich nicht mehr berühren. Das heißt, die m-Rods sind auch hier vereinzelt. Das von der Maskierung 4b abgewandte Ende eines jeweiligen ersten Kontakts 13 ist weiterhin unbedeckt.
Figur 36 zeigt einen folgenden Verfahrensschritt eines vorge schlagenen Verfahrens zur Herstellung eines vorgeschlagenen optoelektronischen Bauelements in einem Querschnitt. Von der Folie 23 werden Gruppen der vereinzelten m-Rods (M) abgetrennt und danach mittels eines Montagebalkens abgehoben. Hierfür wird die Folie 23 an einer rotierenden Walze angelegt und vorbeige führt, wobei eine Umlenkung einer jeweiligen Gruppe ein Ablösen vereinfacht. Der Montagebalken kann mehrere z.B. mehrere hun dert m-Rods auf einmal abnehmen. In diesem Beispiel sind ver- schiedene m-Rods hintereinander d.h. in die Zeichenebene hinein angelegt. Die Folie der Figur 35 erstreckt sich ebenfalls in die Zeichenebene hinein oder aus dieser heraus, so dass in Figur 85 eine Seitenansicht eben dieser Folie gezeigt ist. Figur 37 zeigt den Verfahrensschritt, bei dem drei nebeneinan- derangeordnete m-Rods auf einen Träger M transferiert und be festigt werden, die von der Folio 23 abgehobenen m-Rods werden parallel auf die Kontaktberieche 17 und 19 gelegt. Im Besonderen wird Kontakt 13 auf den Bereich 17 gebondet, der Kontakt 15 auf den Bereich 19. Es entsteht so eine elektrische und mechanische Verbindung. Anstatt eines Bondvorgangs kann auch ein Löt- oder ein anderer Befestigungsvorgang benutztet werden. Die Auflage fläche der Kontakte 13 und 15 ist durch die jeweilige Kontakt ebene so ausgestaltet, dass die Auflage auf der Kontaktebene 17 bzw. 19 flächig aufliegt. Dadurch wird ein Verkippen reduziert oder verhindert. Je nach verwendetet Prozesstechnologie und aufwand lassen sich so Gruppen von mehreren m-Rods bis zu ei nigen hundert gleichzeitig transferieren. Figur 38 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines so ange ordneten Bauelements von einer Seitenansicht her. Der liegende und parallel zu einem Träger B mit einem ersten Kontakt 13 und einen zweiten Kontakt 15 angeschlossene m-Rod M ist mit dessen Kern 1, dessen ersten Schicht 5, aktiven Schicht 7 und zweiten Schicht 9 sowie einer Isolationsschicht 4a dargestellt. Unter halb des m-Rods und jetzt nicht sichtbar ist zudem eine reflek tierende Schicht auf oder in der Oberfläche des Trägers B an gebracht. Zudem ist um den m-Rod herum eine Reflektorstruktur 25 ausgebildet. Diese besitzt eine abgeschrägte Wandung ähnlich den in Figur 85, 90 oder 91 dargestellten Strukturen. Dadurch kann seitliche abgestrahltes Licht nach oben umgelenkt werden. Wie in der Offenbarung hierin beschrieben, können die Seiten wände metallisch sein. Alternativ kann die Reflektorstruktur mit Ti02 in einer Silicon-Matrix ausgeführt sein, die das von der aktiven Schicht 7 erzeugte Licht von dem Träger B weg re flektiert .
Figur 39 und 40 zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit drei nebeneinander angeordneten drei optoelektronischen Bauelementen in perspektivischer Sicht. Wie noch erläutert, können die m- Rods zur Erzeugung von Licht gleicher Wellenlänge oder unter schiedlicher Wellenlänge ausgeführt sein.
Figur 39 zeigt hierzu drei m-Rods gleicher Bauweise, parallel zu einem Träger B mit jeweils einem ersten Kontakt 13 und einen zweiten Kontakt 15 an dem Träger B angeschlossen sind. Alle m- Rods M sind zueinander ebenso parallel orientiert. Zwei der Rods sind zusätzlich von einer Konverterschicht CI bzw. C2 ummantelt. Diese konvertiert das blaue Licht in rotes bzw. grünes Licht. Die Oberfläche des Trägers B ist von einem reflektierenden Ma terial bedeckt. Mittels der reflektierenden Schicht 25 kann zusätzliches Licht weg vom Träger B emittiert und damit eine Lichtausbeute verbessert werden. Im Gegensatz dazu ist in der Ausführung nach Figur 40 der Träger B vollständig von einer dunklen, absorbierenden Schicht 27 be deckt. Dadurch wird der Kontrast verbessert.
Figur 41A zeigt eine Draufsicht auf eine Pixelanordnung mit drei horizontal ausgerichteten m-Rods, die zur Lichtabgabe mit un terschiedlichen Wellenlängen geeignet sind. Die drei m-Rods R, G und B zeigen jeweils unterschiedliche Geometrie, wobei die Länge jeweils gleich ist und sich lediglich die Breite ändern. Um einen gleichmäßige Lichtintensität bei einem Benutzer her- vorzurufen kann die Länge der m-Rods auch unterschiedlich sein. Die drei m-Rods R, G und B sind über einen ersten Kontakt 15 an einen jeweiligen Anschluss auf einem Träger27 angeschlossen. Ein zweiter Kontakt ist an einer Spitze des jeweiligen m-Rods aufgebracht. Diese kontaktieren eine gemeinsame metallische Struktur 28. Die metallische Struktur ist umlaufend und besitzt eine reflektierende schräge Oberfläche ähnlich der Ausführung in Figur 85. Dadurch wird Licht nach oben hin wegreflektiert. Weiterhin ist auf der Oberfläche eine photonische Struktur 30 aufgebracht, die sich über die gesamte durch die umlaufende metallische Struktur gebildete Kavität erstreckt. Sie endet auf der Oberseite der umlaufenden Struktur 28, kann jedoch je nach Anwendungsfall über diese hinausgehen.
In diesem Zusammenhang ist Figur 41B die Seitenansicht der Aus- führungsform der vorherigen Figur. Die photonische Struktur 30 liegt dabei auf den einzelnen Oberflächen der m-Rods nicht auf, sondern ist durch eine transparente dielektrische Schicht leicht beabstandet. Die dielektrische Schicht erstreckt sich zumindest über die der Hauptemissionsrichtung zugewandten Oberfläche der m-Rods, sie kann aber auch die Kavität ausfüllen und so eine planare Oberfläche für die photonische Struktur 30 bilden. Letz tere kann auf die Oberfläche aufgesetzt sein, oder auf diese epitaktisch oder anderweitig aufgebracht werden. Die Höhe der photonischen Struktur ist geeignet gewählt.
Figur 42 zeigt die Ausführung ähnlich wie die von Figur 39 in einer Draufsicht. Ein jeweiliger m-Rod M ist mit dessen ersten Kontakt 13 und dem zweiten Kontakt 15 mit Kontaktbereiche auf einem Trägers B elektrisch und mechanisch verbunden. Hier ist eine Rot-Grün-Blau-Lichtquelle beispielsweise für eine Anzeige oder ein Display dargestellt. Die drei m-Rods M sind baugleich ausgeführt und emittieren beispielsweise blaues Licht. Mittels Konvertermaterial 29 kann das blaue Licht in rotes Licht oder grünes Licht gewandelt werden. In Figur 42 emittiert der von Konvertermaterial freie linke m-Rod M blaues Licht, der mit einem ersten Konvertermaterial 29 bedeckte mittlere m-Rod M rotes Licht und der mit einem zweiten Konvertermaterial bedeckte rechte m-Rod M grünes Licht. In dieser Erste und zweite Kon taktbereiche 17 und 19 des Trägers B sind zudem mit weiteren Kontaktflächen zum Bonden verbunden. In Figur 42 sind oben und unten zwei Bonddrähte dargestellt.
Figur 43 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorge schlagenen Gruppe mit drei m-Rods im Querschnitt. Bei diesen wird der Durchmesser der gewachsenen Strukturen variiert. Diese Variation verändert den Farbort des m-Rods . Somit wird es mög lich, mehrere m-Rods M auf einem Wafer in einem Epitaxieschritt herzustellen, die unterschiedliche Farbe emittieren. Der Durch messer von m-Rods M wird in einem Schritt bei einer selektiven Epitaxie variiert, das heißt, ohne Veränderung eines globalen Wachstums-Parameters .
Auf einem Wachstumssubstrat S sind drei m-Rods M für jeweils eine Emission von Licht einer bestimmten Wellenlänge mit einer dazu abgestimmten räumlichen Erstreckung erzeugt. Die Länge ist im Wesentlichen gleich, jedoch wird der Durchmesser durch das epitaktische Wachstum unterschiedlich. Dadurch ergibt sich eine Änderung von Durchmesser und Struktur kann sich eine andere Farbe ergeben.
Figur 44 zeigt eine Aufnahme eines Elektronenmikroskops derar tiger m-Rods mit unterschiedlicher Größe. Die m-Rods sind re gelmäßige Sechsecke, deren Oberkante leicht abgeschrägt und sich verjüngend zuläuft. Dies entspricht der Spitze in den oben ge zeigten Ausführungen. Je nach Ausgestaltung entspricht die Länge der m-Rods einem Durchmesser. Lediglich im linken Bild beträgt die Länge in etwa dem doppelten Durchmesser des m-Rods . Die m- Rods sind auf einer planaren aber isolierenden Oberfläche ge- wachsen, bei denen ein Bereich als Keimzelle ausgespart wurde. Aus der Änderung der Geometrie ergibt sich eine jeweilige andere Farbe, wobei das m-Rod mit dem kleinsten Durchmesser Licht mit der größten Wellenlänge aufweist. Figur 44 zeigt links einen roten, mittig einen grünen und rechts einen blauen Emitter.
Aus den gezeigten Geometrien ergibt sich somit ein Zusammenhang von Durchmesser zur Wellenlänge bei einer gegebenen Länge. Bei kleiner werdenden Durchmesser steigt die Wellenlänge des Lich tes an. Figur 45 zeigt eine Darstellung von emittierten Wellen- längen von 450 nm bis ca. 650 nm bei verschiedenen Durchmessern. Dieser Zusammenhang ist auch nochmal in Figur 46 dargestellt. Der Durchmesser der rotes Licht emittierenden beträgt in etwa dem halben Durchmesser. Es ergibt sich in einem kleinen Wellen längenbereich ein linearer Zusammenhang zwischen Durchmesser des m-Rods und Wellenlänge des emittierten Licht. Neben der dem hier dargestellten Sechseck als Flächengeometrie kann auch eine andere Geometrie gewachsen werden. Bei kleinen Durchmessern ist dieses Sechseck in der Praxis durch die Prozesse etwas weniger klar ausgeprägt.
Mit diesem Ansatz können m-Rods für eine größere Flächenab strahlung und einer höheren Lichtausbeute geschaffen werden. Dazu werden die m-Rods längs ihrer Längsasche auf einem Träger angeordnet. Die Längsachse der m-Rods verläuft so im Wesentli- chen parallel zur Längsachse. In den hier dargestellten Ausfüh rungen sind die m-Rods von der Oberfläche des Träger durch die leicht hervortretenden Kontaktbereiche leicht beabstandet.
Figuren 47A bis 47D zeigen schematisch vereinfacht die Herstel- lung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Halb leiteranordnung mit einer Wachstumsfläche unter anderem auch für rote m-LED. Als Wachstumsgrundlage wird ein mit Tellur n- dotiertes Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat 1 verwendet, das, wie in Figur 47A dargestellt, eine lithographisch struk- turierte dielektrische Maske 2.1, 2.2, beispiels-eise aus SiOx und/oder SiNx und/oder SiOxNy, trägt. Die Öffnung 30 in der dielektrischen Maske 2.1, 2.2 weist bevorzugt Kantenlängen von 50 nm bis 100 pm auf. Figur 47B zeigt eine selektiv epitaktisch im Bereich der ur sprünglichen Öffnung 30 in der dielektrische Maske 2.1, 2.2 auf dem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat 1 hergestellte Form schicht 3, die n-dotiertes Galliumarsenid umfasst. Alternativ wird die Formschicht 3 aus n-dotiertem Aluminiumgalliumarsenid oder n-dotiertem Aluminiumgalliumindiumphosphid gebildet.
Die Formschicht 3 weist mindestens eine bis zum Öffnungsrand der dielektrischen Maske 2.1, 2.2 reichende, {110} orientierte Seitenfläche 9 und für die dargestellte Ausführung zusätzlich eine (111) orientierte Deckfläche 10 auf. Aufgrund der Arsen- terminierung des Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrats 1 kann auch für die kleine Öffnung 30 in der dielektrischen Maske 2.1,
2.2 eine konturpräzise Formschicht 3 verspannungsarm und mit einer geringen Anzahl von Gitterfehlern selektiv epitaktisch aufgewachsen werden.
Als Konturen für die Formschicht eignen sich die in Figuren 50 und 51 dargestellten Formschichtkonturen . Figur 50 zeigt eine Formschicht 3 mit der Kontur einer dreiseitigen Hexagonalpyra- mide, deren Seitenflächen 9.1, 9.2, 9.3 mit (-1-10), (-10-1) und (0-1-1) orientiert sind. Figur 51 stellt in Draufsicht einen dreiseitigen Pyramidenstumpf als weitere bevorzugte Kontur der Formschicht 3 dar. Ersichtlich sind die Seitenflächen 9.1, 9.2,
9.3 mit der Orientierung (-1-10), (-10-1) und (0-1-1) und eine Deckfläche 10 mit der Orientierung (-1-1-1) . Zur Ausbildung der
Formschichtkonturen gemäß Figuren 50 und 51 wird die Öffnung 30 in der dielektrische Maske 2.1, 2.2 entsprechend dreiecksförmig angelegt und mit einem Winkelfehler <5“relativ zur Orientierung des Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrats 1 ausgerichtet. Die Endkontur der Formschicht 3 wird in dieser Ausgestaltung aus schließlich durch selektives epitaktisches Wachstum erzielt. Für eine Weitergestaltung kann eine nasschemische Nachbehand lung zur Konturanpassung der Formschicht 3 an den Epitaxie schritt anschließen.
Figur 47C zeigt die Ausbildung einer lichtemittierenden Hete rostruktur 8 auf der Basis von Aluminiumgalliumarsenid (AlxGal- xAs) und/oder Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) durch epitaktisches Aufgewachsen auf der dreidimensionalen Form- Schicht 3. Diese umfasst eine erste leitfähige Halbleiter schicht 5 mit n-Dotierung, eine aktive Schicht 6, insbesondere mit Quantentöpfen, und einer zweite leitfähige Halbleiter schicht 7 mit p-Dotierung, die auf der erfindungsgemäßen Form schicht 3 mit einer geringen kristallinternen Verspannung und einer verringerten Anzahl von Gitterfehlern hergestellt werden können. Neben einer Vergrößerung des Füllfaktors durch die Drei dimensionalität und einer verbesserten Lichtauskopplung für pa rallel zur aktiven Schicht 6 emittierte Photonen führt die Rand einfassung der lichtemittierenden Heterostruktur 8 zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads. Ersichtlich ist, dass die aktive Schicht 6 mit der durch die {110} vorgegebenen Winkel stellung am Randbereich 13.1, 13.2 bis zur dielektrischen Maske 2.1, 2.2 reicht. Durch die an den Randbereichen 13.1, 13.2 geschlossene lichtemittierende Heterostruktur 8 werden nicht- strahlende Rekombination unterdrückt. Dies ist insbesondere für die bevorzugt gewählten Materialien SiOx, SiNx oder SiOxNy der dielektrischen Maske 2.1, 2.2 der Fall.
Die weiteren Prozessschritte zur Herstellung einer m-LED, die die vorgeschlagene optoelektronische Halbleiterstruktur um fasst, werden an das gewählte Design angepasst. Nachfolgend werden für übereinstimmende Komponenten die gleichen Bezugszei chen verwendet. Für das in Figur 47D dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine transparente Kontaktschicht 15, beispielsweise aus Indiumzinno xid (ITO), flächig auf der lichtemittierenden Heterostruktur 8 abgeschieden. Der weitere Aufbau für ein erstes Design einer m- LED 20, die Licht mit einer Hauptabstrahlrichtung 23 in Wachs- tumsrichtung des Schichtaufbaus erzeugt und für das Aufsetzen auf einen im Einzelnen nicht dargestellten Optochip ohne sepa rates Drahtbonden vorgesehen wird, ist in Figur 48 gezeigt.
Dargestellt in Figur 48 ist eine m-LED 20 mit der voranstehend beschriebenen, dreidimensionalen lichtemittierenden Hete rostruktur 8 auf der Basis von Aluminiumgalliumarsenid (AlxGal- xAs) und/oder Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) für Wel lenlängen im Bereich von 560 nm bis 1080 nm. Der Lichtaustritt mit der Hauptabstrahlungsrichtung 23 erfolgt durch die trans- parente Kontaktschicht 15 aus Indiumzinnoxid (ITO) und die dar über liegenden Bereiche eines Trägers 21, der beispielsweise aus AI2O3 ausgebildet ist. Der p-Kontakt erfolgt über die trans parente Kontaktschicht 15 und die Metallisierung 19.1, die auf die Rückseite des Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrats 1 geführt ist. Der n-Kontakt 16 wird durch die n-dotierte Form schicht 3, das n-dotierte Galliumarsenid (111) B Epitaxiesub strat 1 und die Metallisierung 19.1 realisiert. Zur Trennung der Kontakte ist zwischen den rückseitigen Bereichen der Metal- lisierung 19.1 und der Metallisierung 19.2 ein das Galliumar senid (111) B Epitaxiesubstrat 1 bis zur dielektrischen Maske 2.1, 2.2, für das vorliegende Ausführungsbeispiel aus SiOx, SiNx oder SiOxNy, durchtrennender Graben 24.1, 24.2 vorgesehen. In Figur 49 ist eine zweite Variante einer m-LED 20 gezeigt, die sich durch einen in die Formschicht 3 aufgenommenen Bragg- spiegelstapel 14 von der Ausführung der vorherigen Figur unter scheidet. Der Braggspiegelstapel 14 ist mit einer Abfolge von SiOx- und SiNx-Lagen angelegt und kann beim selektiven epitak- tischen Aufwachsen der Formschicht 3 abgeschieden werden und eine integralen Teil der Formschicht 3 bilden. Durch den Bragg- spiegel-stapel 14 wird die Lichtauskopplung für die in Wachs tumsrichtung gewählte Hauptabstrahlrichtung 23, für das Ausfüh rungsbeispiel die p-Seite, verbessert.
Eine dritte Ausführung einer m-LED 20 mit der dreidimensionalen lichtemittierenden Heterostruktur 8 für einmaliges Bonden ist in Figur 52 dargestellt. Im Unterschied zu den voranstehend genannten Ausführungen ist die Hauptabstrahlrichtung 23 entge- gen der Wachstumsrichtung des Schichtsystems, vorliegend die n- Seite, gewählt. Zu diesem Zweck kann die in Figur 47A bis 47C dargestellte Herstellung der lichtemittierenden Heterostruktur 8 mit undotiertem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat 1 ausgeführt werden. In diesem Fall wird die selektiv aufgewach sene Formschicht 3 ebenfalls undotiert angelegt. Nachdem die lichtemittierende Heterostruktur 8 epitaktisch aufgewachsen ist, wird zur Herstellung eines p-Kontakts 17 eine Kontakt schicht 15, beispielsweise aus ITO, auf dieser abgeschieden und eine diese kontaktierende Metallisierung 19.1 aufgebracht. Zu sätzlich ist im Bereich über der Deckfläche der lichtemittie renden Heterostruktur 8 und insbesondere unter dem Träger 21 eine Spiegelschicht 35, insbesondere eine Metall- oder Bragg- spiegelschicht, angeordnet. Die Spiegelschicht 35 ist somit vorzugsweise direkt über der Schicht 15, 17 angeordnet. Alter nativ kann auch die Kontaktschicht 15 reflektierend ausgebildet sein. Der Träger 21 kann beispielsweise aus AI2O3 ausgebildet sein und der Träger 21 ist normalerweise nicht transparent. Nachdem das Schichtsystem oberhalb der lichtemittierenden He terostruktur 8 realisiert ist, werden das Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat 1 und die Formschicht 3 abgenommen. Zur Ver vollständigung der in Figur 52 gezeigten Lichtquelle 20 wird als n-Kontakt 16 eine weitere transparente Kontaktschicht 18 aus ITO auf der Unterseite der Schichtstruktur aufgebracht.
Die in Figur 53 gezeigte vierte Ausführung einer m-LED 20 ist im Hinblick auf die Hauptabstrahlrichtung 23 entgegen der Wachs tumsrichtung des Schichtsystems wie die Ausführung von Figur 52 ausgestaltet. Im Unterschied zu dieser ist der Träger 21 aus einem für den Wellenlängenbereich von 560 nm bis 1080 nm der Lichtemission der lichtemittierenden Heterostruktur 8 auf der Basis von Aluminiumgalliumarsenid (AlxGal-xAs) und/oder Alumi- niumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) opaken Material angelegt, wobei dieser beispielsweise aus Silizium oder Germanium beste hen kann. Ferner liegen auf den Seitenflächen der lichtemittie renden Heterostruktur 8 Passivierungsschichten 31.1, 31.2, bei spielsweise aus SiOx und SiNx, vor.
Die in Figur 54B gezeigte fünfte Ausführung der m-LED 20 weist eine Hauptabstrahlrichtung 23 entgegen der Wachstumsrichtung des Schichtsystems auf und ist für das zweifache Bonden ange legt. Ein Zwischenschritt für deren Herstellung ist in Figur 54A dargestellt, wobei ein temporärer Träger 22 verwendet wird und die Abnahme des Galliumarsenid (111) B Expitaxiesubstrats 1 und der selektiv aufgewachsenen Formschicht 3 bereits ausge führt ist. Hiervon ausgehend wird unterhalb der lichtemittie renden Heterostruktur 8 eine transparente Kontaktschicht 18, beispielsweise aus ITO, und ein Träger bzw. ein Trägersubstrat 26, insbesondere in Form einer Metallisierung 26, als Planari- sierung, und ein n-Kontakt 16 aufgebracht, die von einem Träger bzw. Trägersubstrat 27, beispielsweise aus Silizium, Germanium oder A1203, abgedeckt werden. Nachdem diese Prozessschritte ausgeführt sind, kann, wie in Figur 54B dargestellt, der tem poräre Träger 22 entfernt und durch eine transparente Schutz- Schicht 28 mit einer Lichtleitstruktur 29 ersetzt werden.
Ferner umfasst das in Figur 54B gezeigte Ausführungsbeispiel optionale Braggspiegelstapel im Bereich über der Seitenfläche 32 der lichtemittierenden Heterostruktur 8, sodass die Lichte- mission zentral im Bereich der Deckfläche 33 erfolgt. Quanten töpfe oder eine Quantenwellstruktur in der aktiven Schicht 6 können für eine mögliche Ausführung unterhalb der Seitenflächen 32 und der Deckfläche 33 oder ausschließlich unterhalb der Deck fläche 33 angeordnet sein. Für eine im Einzelnen nicht gezeigte Ausführungsalternative liegen die Quantentöpfe oder eine Quan tenwellstruktur ausschließlich unterhalb den Seitenflächen 32 vor, wobei Licht entsprechend seitlich mit einem größeren Ab strahlwinkel abgegeben wird. Die hier dargestellten Ausführungen können auch monolithisch d.h. in Reihen und Spalten angeordnet werden, die m-LEDs in Figur 53 kann zudem mit einem transparenten Material planari- siert werden. Auf dieses sind dann photonische Kristallstruk turen, Konverter oder eine Kombination hiervon aufgebracht. Figur 54C zeigt eine Ausführung, bei der die aufgeraute Fläche 29 mit einer weiteren Schicht vollständig planarisiert wurde. Auf dieser ist eine photonische Kristallstruktur 40 angeordnet, deren Form und Ausbildung den hier offenbarten Ausführungen entspricht. Die m-LED ist zudem von dem Trägersubstrat abgenom men und auf ein weiteres Substrat 30 gebracht, welches die hier dargestellten Kontaktbereiche 31 und 32 umfasst. Im Besonderen ist Kontaktbereich 31 unter der Metallisierung 26 angeordnet und kontaktiert die n-dotierte Schicht elektrisch. Ein zweiter Kontaktbereich 32 ist mittels eines erzeugten Via elektrisch isoliert durch die Schichten 16 und 2.1 erzeugt und kontaktiert die Metallisierung 19.1 und damit die p-dotierte Schicht. Beide Kontaktbereiche sind mit nicht weiter gezeigten elektrischen Strukturen im Träger 30 verbunden, welche die m-LED mit Strom versorgen und ansteuern.
Die Darstellung in Figur 54D ist eine alternative Ausgestaltung zur Figur 53 bei dieser liegt eine rückseitige Lichtemission vor, sodass das in der aktiven Schicht 6 erzeugte Licht durch die rückseitige transparente Schicht 18 ausgekoppelt wird. Auf der Oberfläche der rückseitige Schicht 18 ist eine lichtformende Struktur in Form eines photonischen Kristalls 30 aufgebracht. Dieser umfasst Bereiche 33 und 34 mit unterschiedlichem Bre chungsindex. Im Besonderen sind die periodisch angeordneten Be- reiche 33 und 34 so ausgestaltet, dass sie entlang der Oberflä che der rückseitige Lichtauskopplungsschicht 18 verlaufen und somit auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Bereiche in nerhalb der zentralen Vertiefung sind somit tiefer ausgeführt, als Bereiche außerhalb. Die Dicke ist dabei so gewählt, dass eine ausreichende Lichtformung stattfinden kann. Die Bereiche 33 und 34 mit unterschiedlichem Brechungsindex sind jeweils transparent ausgeführt. Entlang der Oberfläche 32 wird das so erzeugte und geformte Licht ausgekoppelt. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass zumindest einige Bereiche sich auch in die Schicht 6 hinein erstrecken können. Insofern kann Schicht 6 deutlich dicker ausgestaltet sein als hier dargestellt. In ei nigen weiteren Ausgestaltungen können sich erste und/oder zweite Bereiche auch bis zur aktiven Schicht erstrecken. Ein Vorsehen und Ausbilden der photonischen Struktur im p- oder n- Halb- leitermaterial ermöglicht eine bessere optische Kopplung an die photonische Struktur, da andernfalls ein Brechungsindexunter schied zu hoch ist und Licht nicht oder nur gering in die photonische Struktur einkoppelt. Figur 54E zeigt eine weitere Ausgestaltung mit einer lichtfor menden Struktur. Bei dieser ist innerhalb der Vertiefung d. h. entlang der transparenten Auskoppelstruktur 16 eine Konverter schicht 36 eingebracht. Die Konverterschicht erstreckt sich über die Vertiefung hinaus und bildet so auch Bereiche 33 der ober- halb der Vertiefung angeordneten photonische Struktur mit pe riodisch abwechselnden Bereichen 33 und 34. Die Periodizität der photonischen Struktur ist so gewählt, dass sie konvertiertes Licht kollimiert und nach unten heraus abstrahlt. Hingegen wird nicht konvertiertes Licht in einem anderen Winkel abgestrahlt, sodass dieses in geeigneter Weise gefiltert werden kann. Auf der photonischen Struktur ist wiederum eine Auskoppelstruktur 32 angeordnet. In beiden Ausgestaltungen kann als lichtformende Struktur auch eine Mikrolinse oder ein anderes Element einge setzt werden.
Eine Maßnahme zur Verbesserung des Niederstrom-Verhaltens ist das Quantenwellintermixing . Die Figuren 55A bis 55E zeigen ein zelne Schritte eines Herstellungsverfahrens eines optoelektro nischen Bauelements, insbesondere einer m-LED, bei dem durch Maßnahmen während oder zum Quantenwellintermixing eine Degra dation sowohl im Hochstrom- als auch eine Niedrigstrombereich vermieden wird. Dabei wird wie in den Figuren 55A bis 55C ge zeigt eine Halbleiterstruktur 1 ausgebildet, die weiteren Pro zessschritten unterworfen wird. In Figur 55A wird ein Wachs- tumssubstrat 10 bereitgestellt, beispielsweise ein GaAs-Sub- strat, das für weitere Wachstumsschritte vorbereitet ist. Auf diesem wird anschließend eine n-dotierte Schicht 20 basierend auf einem III-V Materialsystem aufgebracht. Konkret kann dies beispielsweise In, Ga, Al, oder eine Kombination hiervon ge meinsam mit Phosphor P sein. Die beispielhafte InGaAlP Schicht ist n-dotiert und kann darüber hinaus (hier nicht weiter ein gezeichnet) mit weiteren Schichten und/oder Dotierungen verse hen sein, um einen guten elektrisch leitenden Kontakt und einen kleinen Flächenwiderstand in der n-dotierten Schicht 20 zu ge währleisten .
In Figur 55B wird nachfolgend eine aktive Schicht 30 aufge bracht. Diese umfasst mindestens einen Quantenwell, in dem in einem Betrieb des fertigen Bauelements eine strahlende Rekom bination stattfindet und so Licht erzeugt wird. Der mindestens eine Quantenwell in der aktiven Schicht 30 kann ebenso eine Schichtkombination aus dem III-V-Halbleitersystem umfassen, beispielsweise bestehend aus InGaAlP-Schichten mit unterschied- lichem Al-Gehalt . Anschließend wird auf der aktiven Schicht eine p-dotierte Schicht 40 erzeugt. Dazu wird ein erster Dotierstoff verwendet, beispielsweise Mg oder Zn. Die Dotierung kann wie auch bei der n-dotierten Schicht 20 während des Herstellungs prozesses durch Beigabe des Dotierstoffes in der gewünschten Konzentration erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass sich in den Schichten schon während des Wachstums Dotierprofile erzeugen lassen, wodurch einerseits die gewünschten elektrischen Eigen schaften besser einstellbar sind als auch Störstellen durch gleichmäßigeres Kristallwachstum reduziert werden.
Nach Bereitstellung der Halbleiterstruktur 1 in den vorherigen Schritten wird nun in Figur 55C eine Maske 50 auf der p-dotier- ten Schicht aufgebracht und entsprechend strukturiert. Wie ge zeigt bedeckt die strukturierte Maske 50 einen Teilbereich auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht und liegt so auch über einem ersten Teilbereich 33 der aktiven Schicht. Ein angrenzen der Teilbereich 34 der aktiven Schicht ist nicht durch Maske 50 abgedeckt. Nach der Strukturierung erfolgt ein Diffusions schritt in Figur 55D mit ersten Prozessparametern und einem zweiten Dotierstoff. Dieser ist beispielsweise Zn oder eine organische Zn Verbindung.
Die Prozessparameter umfassen unter anderem Temperatur, Druck und Konzentration des zweiten Dotierstoff und können sich auch während einer vorgegebenen Zeitdauer ändern. Sie sind so ge wählt, dass sich der zweite Dotierstoff auf der nicht durch die Maske 50 abgedeckten Oberfläche abscheidet und in die p-dotierte Schicht 40 eindiffundiert. Der Diffusionsprozess wird nun über die ersten Prozessparameter so gesteuert, dass der zweite Do tierstoff durch die Schicht 40 in die aktive Schicht und den Quantenwell diffundiert. In einigen Fällen kann er auch noch leicht in den Grenzbereich der n-dotierte Schicht diffundieren. Der erste Teilbereich 33 der aktiven Schicht unter der Maske wird hingegen nicht mit Dotierstoff durchsetzt.
Die ersten Prozessparameter sind so gewählt, dass durch die Diffusion ein Intermixing im Quantenwell des zweiten Teilbe reichs in der aktiven Schicht erzeugt wird, bei dem die Ener gielücke des Quantenwell erhöht wird. Die Herstellung der ein zelnen Schichten, wie auch die Dotierungsschritte erfolgt in diesem Beispiel durch MOCVD-Verfahren . Es sind jedoch auch an dere Herstellungsprozesse wie PVD, Ionenimplantation oder deut lich seltener MBE Verfahren in Teilbereichen denkbar.
Nach Abschluss dieser Prozedur wird nun mit einem zusätzlichen Ausheilschritt fortgefahren. Hierbei werden zweite Prozesspa rameter eingestellt, die unter anderem im Ausführungsbeispiel eine höhere Temperatur sowie die Zugabe eines Precursors 70 umfassen. Letzterer kann durch die oben genannten Verfahren bereitgestellt werden. Dadurch entsteht die in Figur 55E ge zeigte Struktur. Durch den vorherigen Diffusionsprozess hat das diffundierte Zn andere Atome des Kristallgitters von ihren Plät zen verdrängt und deren Platz eingenommen. Die verdrängten Atome (hauptsächlich Ga) könnten sich auf Zwischengitterplätzen auf halten. Es scheint, dass diese in der Folge beweglich bleiben und so möglicherweise Rekombinationszentren für eine nicht strahlende Rekombination bilden. Durch ihre Bewegung könnten diese so in den ersten Teilbereich 33 wandern und dort die Effizienz des Bauelements drastisch verringern. Dafür spricht die Beobachtung, dass die Effizienz auch bei niedrigen Strom dichten schon frühzeitig absinkt.
Durch den zusätzlichen Ausheilschritt bei höherer Temperatur werden diese Atome beweglich. Die Zugabe eines Precursors wie As ermöglicht nun eine Bindung der verdrängten Atome (haupt sächlich Ga) auf der Oberfläche, so dass sich dort eine dünne Materialschicht 80 aus GaAs ausbildet. Die auf Zwischengitter plätze verdrängten Atome diffundieren an die Oberfläche und werden dort durch den Precursor abgesättigt. Dadurch ergibt sich ein Konzentrationsgefälle in Richtung zur Oberfläche, da dort die Konzentration freier Atome reduziert ist. Entsprechend wird die Anzahl freier Atome reduziert und so die Effizienz auch bei niedrigen Stromdichten stabil gehalten. Zudem nimmt im Grenz- bereich zwischen ersten und zweiten Teilbereich das Quanten- wellintermixing auf kurzer Strecke stark ab, so dass eine re lativ steile Energiebarriere entsteht. Dadurch entsteht die in Figur 55E gezeigte Struktur, bei der eine Grenze in im Wesent lichen direkter Linie unter der Fotomaske 50 entsteht. Das Quan- tenwellintermixing erfolgt lediglich im zweiten Teilbereich 34 der aktiven Schicht.
Figur 57 zeigt diesbezüglich eine Kurve, welche die relative Lichtausbeute gegenüber der Lebensdauer des Bauteils in Be- triebsstunden zeigt. Kurve Kl zeigt die Charakteristik eines Bauteils, das auf herkömmliche Weise ohne zusätzlichen Ausheil schritt prozessiert wurde. Bereits nach 200 Stunden ist der anfängliche Wert der Kurve Kl auf die Hälfte gefallen.
Durch die Temperaturerhöhung und durch die geeignete Wahl des Precursors scheinen die durch den Diffusionsschritt verdrängten Gitteratome an der Oberfläche gebunden zu werden. Dadurch wirkt die Oberfläche als Senke für die Zwischengitteratome. Verein facht ausgedrückt kann es sein, dass durch die geänderten Pro zessparameter die verdrängten Atome bevorzugt aus der aktiven Schicht durch die p-dotierte Schicht zur Oberfläche diffundie ren, so dass sich die Konzentration potentieller nichtstrahlen der Störstellen in der aktiven Schicht reduziert.
Figur 57 zeigt in der Kurve K2 die Lichtausbeute eines nach dem erfindungsgemäßen Prozess hergestellten Bauelements über meh rere hundert Stunden Betriebsdauer. Dabei wurde das Bauelement mit einem Precursor mit einem Material der V. Hauptgruppe wie beispielsweise Phosphor P oder Arsen As und einer erhöhten Tem peratur „ausgeheilt". Die anfängliche Lichtausbeute steigt nach kurzer Zeit um ca. 20% an und verbleibt dann auch über mehrere hundert Stunden konstant. Der anfängliche Anstieg kann mit durch den Strom und lokale Erwärmung verursachte Heilung des Kris tallgitters erklärt werden. Somit wird durch das vorgeschlage nen Verfahren eine deutliche Verbesserung gerade bei Bauteilen mit kleinen bis sehr kleinen Abmessungen erreicht.
Figur 56 zeigt qualitativ den zeitlichen Verlauf einer Auswahl der ersten und zweiten Prozessparameter, im Einzelnen die Tem peratur T, den Gasfluss des zweiten Dotierstoffes und den Gas fluss des Precursors während der Ausheilphase. Während der Zeit tl wird die Prozesskammer auf der Temperatur TI gehalten und der zweite Dotierstoff, beispielsweise eine organische Zn-Ver- bindung zugeführt. Die Temperatur Tl ist so hoch gewählt, dass Zn während dieser Zeit tl durch die p-dotierte Schicht in die aktive Schicht diffundiert und dort zu einem Quantenwellinter- mixing führt, wie es oben dargelegt ist. Nach der Zeit tl wird die Zugabe des Dotierstoffs gestoppt und die Temperatur auf den Wert T2 erhöht. Je nach Profil kann diese Erhöhung in einem sehr kurzen Zeitfenster erfolgen. Anschließend wird die Temperatur T2 während des Zeitraums t2 konstant gehalten und ein Precursor hinzugegeben, der beispielsweise ein Element der V. Hauptgruppe enthält. Zeitraum t2 ist in diesem Ausführungsbeispiel kürzer als der Zeitraum tl gewählt.
Nach bisherigen Erkenntnissen der Erfinder können der Zeitraum tl und der Zeitraum t2 als entkoppelt betrachtet werden. Der Zeitraum tl bestimmt dabei im Wesentlichen die Stärke des Quan- tenwellintermixings und der Zeitraum t2 bestimmt im Wesentli- chen eine Reduzierung des Degradationsverhaltens des Bauteils. Entsprechend sollte der Zeitraum t2 lange genug sein, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die Temperatur T2 spielt eben falls für die Stärke der Unterdrückung der Degradation eine Rolle. Dabei sollte vorteilhafterweise T2 > Tl gewählt sein, allerdings darf die Temperatur T2 nicht zu hoch gewählt werden, da ab einer Grenztemperatur die Grundhelligkeit der Bauelemente sinkt. Das in Figur 56 gezeigte Beispiel dient zur Verdeutli chung des vorgeschlagenen Prinzips. In Ausführungen können ver schiedene Konzentrations- oder auch Temperatur- und (nicht dar- gestellt) Druckprofile verwendet werden, um erst den Dotierstoff in den Quantenwell der aktiven Schicht zu bringen und anschlie ßend die Ausheilung durchzuführen.
Die Figuren 58A bis 58E zeigen einzelne Schritte eines Herstel- lungsverfahrens bei dem durch geeignete Wahl der Prozesspara meter eine weitere Verbesserung des Quantenwellintermixing er zeugt werden kann. Dabei wurde erkannt, dass durch eine Auf bringung bei gleichzeitiger Eindiffusion zwar Dotierstoff in die aktive Schicht unter einer Maske diffundiert, dort aber kein Quantenwellintermixing bewirkt. Damit verbleiben in der für die Lichtemission vorgesehenen aktiven Schicht unter einer Maske eine erhöhte Störstellendichte, die zu einem beschleunigten Al terungsprozess und einer Verschlechterung der Eigenschaften führt .
In den Figuren 58A bis 58C ist eine Halbleiterstruktur 1 ge zeigt, die weiteren Prozessschritten unterworfen wird. In Figur 58A wird ein Wachstums-Substrat 10 bereitgestellt, beispiels weise ein GaAs-Substrat, das für weitere Wachstumsschritte vor- bereitet ist. Diese weiteren Schritte können das Abscheiden von Opferschichten, Passivierungsschichten oder auch Anpassschich ten an unterschiedliche Kristallstrukturen umfassen. Ebenso kann das Substrat bereits Leitungen Kontakte oder auch Schal tungen enthalten, oder für diese vorbereitet sein.
Auf dem vorbereiteten Substrat 10 wird anschließend eine n- dotierte Schicht 20 basierend auf einem III-V Materialsystem abgeschiedenen. Die Abscheidung erfolgt in einem MOCVD Reaktor, jedoch können auch andere in dieser Anmeldung offenbarte Ver- fahren hierfür eingesetzt werden. Als Material wird beispiels weise In, Ga, Al, oder eine Kombination hiervon gemeinsam mit Phosphor P verwendet. Die beispielhafte InGaAlP Schicht 20 ist n-dotiert und kann darüber hinaus (hier nicht weiter einge zeichnet) mit weiteren Schichten und/oder Dotierungen versehen sein, um einen guten elektrisch leitenden Kontakt und einen kleinen Flächenwiderstand in der n-dotierten Schicht 20 zu ge währleisten .
In Figur 58B wird nachfolgend eine aktive Schicht 30 aufge- bracht. Diese umfasst mindestens einen Quantenwell, in dem in einem Betrieb des fertigen Bauelements eine strahlende Rekom bination stattfindet und so Licht erzeugt wird. Der mindestens eine Quantenwell in der aktiven Schicht 30 kann ebenso eine Schichtkombination aus dem III-V-Halbleitersystem umfassen, beispielsweise bestehend aus InGaAlP-Schichten mit unterschied lichem Al-Gehalt. Anschließend wird auf der aktiven Schicht 30 eine p-dotierte Schicht 40 erzeugt. Dazu wird ein erster Do tierstoff verwendet, beispielsweise Mg oder Zn. Die Dotierung kann wie auch bei der n-dotierten Schicht 20 während des Her stellungsprozesses durch Beigabe des Dotierstoffes in der ge wünschten Konzentration erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass sich in den Schichten schon während des Wachstums Dotierprofile erzeugen lassen, wodurch einerseits die gewünschten elektri- sehen Eigenschaften besser einstellbar sind als auch Störstel len durch ein gleichmäßigeres Kristallwachstum reduziert wer den .
Nach Bereitstellung der Halbleiterstruktur 1 in den vorherigen Schritten wird nun in Figur 58C eine Maske 50 auf der p-dotier- ten Schicht aufgebracht und entsprechend strukturiert. Wie ge zeigt bedeckt die strukturierte Maske 50 einen Teilbereich auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht und liegt so auch über einem ersten Teilbereich 33 der aktiven Schicht. Ein angrenzen- der Teilbereich 34 der aktiven Schicht ist nicht durch Maske 50 abgedeckt. Nach der Strukturierung der Maske 50 erfolgt das Dotieren der p-dotierten Schicht mit einem zweiten Dotierstoff durch eine Gasphasendiffusion unter Verwendung eines Precursors mit ersten und zweiten Prozessparametern. Der zweite Dotierstoff ist dabei beispielsweise aus Zn gebildet z.B. aus einer orga nischen Zn Verbindung.
Die Prozessparameter für diesen zweiten Schritt umfassen unter anderem Temperatur, Druck und Konzentration des zweiten Dotier- stoffs und können sich auch während einer vorgegebenen Zeitdauer ändern. Sie sind derart gewählt, dass sich der zweite Dotier stoff nach Zerlegung des Precursors erst als Schicht 45 auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur abscheidet und dort eine dünne Schicht bildet, jedoch nicht oder kaum in die p-dotierte Schicht eindiffundiert. Dazu ist beispielsweise die Temperatur niedri ger gewählt als in einem späteren Diffusionsprozess. Zur Be reitstellung des zweiten Dotierstoffes wird der Dotierstoff aus einer Zersetzung eines Precursors in der Gasphase gewonnen. Dies erfolgt in einem MOCVD oder MOPVD Reaktor. Der Vorteil eines solchen Schrittes liegt darin, dass der Wafer zwischen den ein zelnen Prozessschritten im Reaktor verbleibt und nicht trans portiert werden muss. Die sich daraus resultierende Struktur mit einer dünnen Schicht aus Zn oder einem anderen Material als zweiter Dotierstoff ist in Figur 58D dargestellt.
Gemäß Figur 58E erfolgt nach dem Aufbringen des Dotierstoffes auf der Oberfläche ein separater Diffusionsvorgang. Der Diffu sionsprozess wird über die Prozessparameter so gesteuert, dass der zweite Dotierstoff durch die Schicht 40 hinein in die aktive Schicht und den Quantenwell diffundiert. In einigen Fällen kann er auch noch leicht in den Grenzbereich der n-dotierte Schicht diffundieren. Während dieses Prozesses gelangt der zweite Do tierstoff durch Diffusion in der Schicht 40 (stochastisch ver- teilt) in den Bereich unter die Maske. Der erste Teilbereich 33 der aktiven Schicht unter der Maske wird hingegen nicht mit Dotierstoff durchsetzt. Vielmehr bildet sich dort eine scharfe Kante, die überraschender Weise im Wesentlichen mit der Projek tion der Maske 50 in die aktive Schicht übereinstimmt.
Die Prozessparameter sind so gewählt, dass durch die Diffusion ein Intermixing im Quantenwell des zweiten Teilbereichs in der aktiven Schicht erzeugt wird, bei dem die Energielücke des Quan tenwell erhöht wird. Im Grenzbereich zwischen ersten und zweiten Teilbereich nimmt das Quantenwellintermixing auf kurzer Strecke stark ab, so dass eine relativ steile Energiebarriere entsteht.
Durch die Trennung zwischen dem Aufbringen des Dotierstoffes und dem anschließenden Diffusionsschritt wird eine bessere Steu- erung der einzelnen Prozesse erreicht. Meist erfolgt das Ab scheiden des Dotierstoffes bei einer niedrigeren Temperatur wie das spätere Eindiffundieren. Dadurch ist zum einen die Menge des bereitgestellten Dotierstoffes besser einstellbar und zum anderen ist die Diffusion unabhängig von der Gasphasen-Reaktion . In dem späteren separaten Diffusionsschritt wird ein geeignetes Temperaturprofil eingestellt, so dass sich ein Dotierprofil einstellt, bei dem die durch den Dotierstoff erzeugte Diffusi onsbarriere für Ladungsträger in der Nähe der durch das Quan- tenwellintermixing erzeugten Energiebarriere liegt.
Nach Abschluss dieser Prozedur wird nun mit einem optionalen Ausheilschritt fortgefahren wie in Figur 58F dargestellt ist. Hierbei werden dritte Prozessparameter eingestellt, die unter anderem im Ausführungsbeispiel eine höhere Temperatur sowie die Zugabe eines weiteren Precursors 70 umfassen. Dieser Aspekt ist im Detail auch in dieser Anmeldung beschrieben. Durch den vor herigen Diffusionsprozess hat das diffundierte Zn andere Atome des Kristallgitters von ihren Plätzen verdrängt und deren Platz eingenommen. Die verdrängten Atome können sich auf Zwischengit terplätzen aufhalten. Es scheint, dass diese in der Folge be weglich bleiben und so möglicherweise Rekombinationszentren für eine nichtstrahlende Rekombination bilden. Durch ihre Bewegung könnten diese so in den ersten Teilbereich 33 wandern und dort die Effizienz des Bauelements drastisch verringern. Dafür spricht die Beobachtung, dass die Effizienz auch bei niedrigen Stromdichten schon frühzeitig absinkt.
Durch die Temperaturerhöhung und durch die eventuell optionale, geeignete Wahl des Precursors werden die durch den Diffusions schritt verdrängten Gitteratome an der Oberfläche gebunden. Dadurch wirkt die Oberfläche als Senke für die Zwischengit teratome. Vereinfacht ausgedrückt kann es sein, dass durch die geänderten Prozessparameter die verdrängten Atome bevorzugt aus der aktiven Schicht durch die p-dotierte Schicht zur Oberfläche diffundieren, so dass sich die Konzentration potentieller nicht strahlender Störstellen in der aktiven Schicht reduziert. Es wurde gefunden, dass sich mit einem Precursor mit einem Material der V. Hauptgruppe wie Phosphor P oder Arsen As eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer ergibt.
Figur 59 zeigt qualitativ den zeitlichen Verlauf einer Auswahl der Prozessparameter, im Einzelnen die Temperatur T, den Gas fluss des zweiten Dotierstoffes und den Gasfluss des weiteren Precursors während der Ausheilphase. Zwischen dem Zeitraum tl und t2 wird einerseits die Temperatur auf einer ersten Tempe ratur Tl gehalten und zudem der Dotierstoff hinzugegeben, damit dieser sich auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur absetzen kann. Die Temperatur Tl ist so gewählt, dass eine Diffusion des Dotierstoffes in den Halbleiterkörper nicht oder lediglich in sehr geringem Maße stattfindet. Während dieser Zeit wird der weitere Precursor nicht zugegeben. Zum Zeitpunkt t2 wird der Dotierstoff abgeschaltet, während die Temperatur Tl noch bis zu dem etwas später liegenden Zeitpunkt t3 gehalten wird.
Nach dem Zeitpunkt t3 wird die Temperatur auf den Wert T2 er höht. Durch die Temperaturerhöhung wird der Diffusionsprozess gestartet, d.h. der auf der Oberfläche abgeschiedene Dotierstoff diffundiert in die p-dotierte Schicht. Das Temperaturprofil ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen konstant gehal ten, jedoch sind auch nicht konstante Temperaturprofile denk bar. Abhängig von dem Temperaturprofil wird so ein Dotierstoff profil eingestellt. In einem nächsten Stritt wird nun ausge heilt, d.h. durch eine dritte Temperatur T3 über einen Zeitraum die durch den Dotierstoff verdrängten Atome aus der p-dotierten Schicht bzw. der aktiven Schicht und dem Quantenwell entfernt. Hierzu wird neben einer Temperaturerhöhung auch der weitere Precursor zugegeben, dessen Zerlegungsprodukt sich mit den ver drängten Atomen an der Oberfläche verbindet. Durch den entste- henden Konzentrationsgradienten an mobilen, verdrängten Atomen werden diese aus dem Quantenwell der aktiven Schicht entfernt und an der Oberfläche gebunden.
Figur 60 zeigt eine Übersicht über wesentliche Aspekte für eine mögliche Erklärung des vorgeschlagenen Prinzips. Während der Eindiffusion des Dotierstoffes entsteht in der p-dotierten Schicht eine zusätzliche Konzentration an Dotiermaterial. Beim Einbau in das Kristallgitter verdrängt dieses Dotiermaterial Atome des ursprünglichen Halbleiters (z.B. die dreiwertige Kom- ponente) auf Zwischengitterplätze. Diese Zwischengitteratome bewirken ein Quantenwellintermixing in der aktiven Schicht, wodurch die Bandlücke erhöht wird. Dabei ist der örtliche Be reich des Quantenwellintermixings durch die Maske vorgegeben, d.h. im Bereich unterhalb der Maske findet im Quantenwell wie in Figur 60 dargestellt kein Quantenwellintermixing statt. Durch die Diffusion des Dotierstoffes kommt es jedoch auch in dem mit „Region II" gekennzeichneten Bereich zu einer erhöhten Dotie rung, wodurch eine Barriere für die laterale Diffusion von La dungsträgern im Quantenwell gebildet wird. Diese Barriere be- findet sich bereits teilweise unterhalb der Maske und ist somit zu der Grenze des Quantenwellintermixings örtlich versetzt. Da mit gibt es zwei Barrieren, die die laterale Diffusion von Ladungsträgern reduzieren, einerseits verursacht durch die er höhte Dotierung und andererseits durch ein Quantenwellintermi- xing.
Wie in Figur 60 dargestellt, sind die Grenze 36 des Quanten wellintermixings und die Grenze 37 der zusätzlichen p-Dotierung örtlich versetzt, d.h. sie fallen nicht zusammen. Vom Blickpunkt der Ladungsträgerdiffusion bedeutet dies, dass ein Anstieg der Barrieren ebenfalls schrittweise erfolgt. Die Separierung zwi schen Abscheiden des Dotierstoffes und Diffundierens erlaubt nun eine Änderung des Diffusionsprofils durch eine freie Wahl eines geeigneten Temperaturprofiles während des Diffusionspro zesses. Somit kann zum Beispiel die Grenze 37 in Richtung der Grenze 36 geschoben werden. Dadurch wird die Barriere für die Ladungsträgerdiffusion an der Grenze der Maske 50 steiler. Ebenso wird die Störstellendichte durch das eindiffundiert Ma terial oder auch die verdrängten Atome in der aktiven Schicht durch die Präzisierung der Prozessparameter geringer. Zusätz lich oder alternativ kann durch optimierte Prozessparameter beim Diffusionsprozess die elektrische Aktivierung des zweiten Do tierstoffes und damit die durch die zusätzliche p-Dotierung verursachte Barriere erhöht werden, was zu einer stärkeren Re duktion der lateralen Ladungsträgerdiffusion führt.
Figur 61 zeigt eine Simulation der Höhe der Dotierungs-Barriere für LEDs mit kleinen Abmessungen (<10pm) in Abhängigkeit der Dotierungskonzentration bei kleinen Strömen. Die erhöhte Dotie rung zeigt eine deutliche Erhöhung der Dotier-Barriere um einen Faktor von fast zwei. Somit werden Ladungsträger effektiv vom Randbereich, aber auch von den Bereichen mit durch den einge- brachten zweiten Dotierstoff erhöhter Anzahl an Störstellen ferngehalten .
Dadurch ergibt sich eine höhere interne Quanteneffizienz. Figur 62 zeigt diesbezüglich ein Diagramm, welches die interne Quan teneffizienz gegenüber dem Strom bei verschiedenen Dotierstoff konzentrationen zeigt. Deutlich zu erkennen ist das verbesserte Maximum bei größerer Konzentration für einen Strom im Bereich von ca . 0,1 mA.
Mit dem vorgeschlagenen Prinzip und den verschiedenen Maßnahmen wird eine Verbesserung eines optoelektronischen Bauelements so wohl bei der Niedrigstrom- als auch bei der Hochstromeffizienz erreicht. Störstellen im optisch aktiven Bereich einer aktiven Schicht werden reduziert. Gleichzeitig können Ladungsträger aufgrund der höheren Diffusionsbarrieren im Randbereich eines Bauelements (bzw. um die aktive Schicht herum) vom Rand des Elementes ferngehalten werden wodurch der Anteil nichtstrahlen der Oberflächenrekombination sinkt. Dies ist insbesondere für m-LEDs von Bedeutung, deren Kantenlänge 70gm oder weniger be trägt .
Zur Erläuterung der verschiedenen Aspekte einer konzentrische Anordnung eines Quantenwellintermixing zeigt Figur 63 im Gegen satz dazu eine quadratische LED, welche entgegen der vorliegen den Erfindung zwar mehrere Bereiche 2b und 2c aufweist, in denen ein Quantenwellintermixing stattfindet, allerdings keiner der zweiten und dritten Bereiche den ersten Bereich konzentrisch umschließt .
Der erste Bereich 2a kann beispielsweise durch das Aufbringen einer Diffusionsmaske eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet werden. Dazu werden die offenliegenden Bereiche 2b und 2c um die Diffusionsmaske herum mit einem zwei ten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesen Bereichen ein Quantenwellintermixing stattfinden kann. Entsprechend vorste- hender Beschreibung enthält der Rand der quadratischen LED in den Eckbereichen 2c eine höhere Störstellenkonzentration bzw. zeigt ein höheres Quantenwellintermixing auf, als beispiels weise in der Mitte der Seitenlängen 2b, da an den Ecken die Störstellen b von mehr als einer Seite diffundieren können. Dadurch entstehen beim Diffusionsvorgang die Bereiche 2b und 2c, die jeweils eine unterschiedliche Störstellenkonzentration im Quantenwell in der aktiven Schicht 2 aufweisen. Durch diesen Effekt kommt es am Rand der m-LED zu einem unterschiedlichen Quantenwellintermixing in den Bereichen 2b und 2c und damit zu unterschiedlichen Bandlücken im Quantenwell der aktiven Schicht 2, was die Leistung der m-LED vermindert.
Verdeutlicht wird dieser Effekt durch den in Figur 63 darge stellten Querschnitt der m-LED und die davon abgeleitete Kon- zentration des zweiten Dotierstoffes b entlang der Schnittachse A-A. Daraus ist zu entnehmen, dass die Konzentration des zweiten Dotierstoffes b in den Ecken, also in den dritten Bereichen 2c höher ist als in den ersten und zweiten Bereichen 2a, 2b. Ein weiterer Konzentrationsabfall ergibt sich vom zweiten Bereich 2b hin zum ersten Bereich 2a. In gespiegelter Weise ergibt sich entsprechend dieses Konzentrationsabfalls ein Konzentrations anstieg vom ersten Bereich 2a über den zweiten Bereich 2b hin zum dritten Bereich 2c.
Dieser Konzentrationsverlauf ist allerdings lediglich als qua litativer Verlauf anzusehen und stellt keine Absolutwerte oder Verhältnismäßigkeiten zwischen den Dotierstoffkonzentrationen in dem ersten, den zweiten und den dritten Bereichen 2a, 2b, 2c dar. Der negative Effekt einer unterschiedlichen Bandlücke auf grund des unterschiedlichen Quantenwellintermixing in den Be reichen 2b und 2c wird durch eine veränderte Geometrie des optoelektronischen Bauelementes 1, dargestellt in Figur 64, ge löst. Dabei sind die beiden Bereiche 2a und 2b des optoelekt ronischen Bauelementes 1 konzentrisch angeordnet und der zweite Bereich 2b umschließt den ersten Bereich 2a vollumfänglich.
Der erste Bereich 2a wird durch das Aufbringen einer zumindest annähernd kreisförmigen Diffusionsmaske eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet. Anschließend wird der offenliegende Bereich 2b um die Diffusionsmaske herum mit einem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesen Be reichen ein Quantenwellintermixing stattfinden kann. Durch diese Form kann ein in den zweiten Bereich 2b eingebrachter zweiter Dotierstoff b gleichmäßig entlang des Umfangs der beiden Bereiche 2a, 2b in den zweiten Bereich 2b so homogen wie möglich eindiffundieren und es kommt nicht wie bei der vorstehend be schriebenen eckigen Form einer m-LED in den Ecken zu einer höheren Störstellenkonzentration bzw. einem höheren Quanten wellintermixing, als beispielsweise in der Mitte der Seitenlän gen der m-LED. Dieser Effekt wird durch einen Vergleich der Figur 63 und Figur 64 deutlich, da bei Figur 63 die Störstellen/der zweite Dotier stoff b an den vier Ecken des dritten Bereichs 2c von mehr als einer Seite eindiffundieren können, bei Figur 64 hingeben der Dotierstoff b an jedem Punkt des äußeren Umfangs des zweiten Bereichs 2b gleichverteilt senkrecht eindiffundieren kann.
Weiterhin ist in Figur 64 der entsprechend zugehörige Quer schnitt des optoelektronischen Bauelementes 1 und die davon abgeleitete Konzentration des zweiten Dotierstoffes b entlang der Schnittachse B-B dargestellt. Die Konzentration des zweiten Dotierstoffes b ist dabei im Bereich des zweiten Bereiches 2b weitestgehend konstant und nimmt in einem definierten Über gangsbereich von dem zweiten Bereich 2b zu dem ersten Bereich 2a hin ab. Im ersten Bereich wiederum ist die Konzentration des zweiten Dotierstoffes b weitestgehend konstant und steigt in einem definierten Übergangsbereich von dem ersten Bereich 2a zu dem zweiten Bereich 2b hin an. Der dargestellte Verlauf der Konzentration des zweiten Dotierstoff b kann allerdings vari- ieren und stellt keine Absolutwerte oder Verhältnismäßigkeiten zwischen den Dotierstoffkonzentrationen in dem ersten und dem zweiten Bereich 2a, 2b dar. Ebenfalls kann auch der definierte Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem ersten Bereich variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein.
Ausschlaggebend ist lediglich, dass im Übergangsbereich vom ersten Bereich 2a hin zum zweiten Bereich 2b eine weitestgehend scharfe Kante ausgebildet ist und, dass die Dotierstoffkonzent- ration im ersten Bereich 2a weitestgehend null beziehungsweise in einem Verhältnis von kleiner gleich 2, beispielsweise kleiner gleich 5 oder auch kleiner als 10 zur Dotierstoffkonzentration im zweiten Bereich 2b ist. Mit anderen Worten ist die Dotier stoffkonzentration im zweiten Bereich 2b beispielweise größer gleich 2, beispielsweise größer gleich 5 oder auch größer als 10 zur Dotierstoffkonzentration im ersten Bereich 2a.
Figur 65A, 65B und 65C zeigen den Schichtaufbau und die Her- Stellung eines optoelektronischen Bauelementes 1, wie in Figur 64 dargestellt. Das optoelektronisches Bauelement 1 umfasst da bei eine n-dotierte erste Schicht 5, eine p-dotierte zweite Schicht 6, und eine aktive Schicht 2, die zwischen der n-do- tierten ersten Schicht 5 und der p-dotierten zweiten Schicht 6 angeordnet ist und die mindestens einen Quantenwell aufweist.
Durch das Aufbringen einer Diffusionsmaske 7, beispielsweise eines Dielektrikums wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Sili- ziumoxinitrid, Aluminiumoxid oder beispielsweise einer Foto- maske wird auf der Oberfläche der p-dotierten zweiten Schicht 6 eine korrespondierende Maske mit der im Wesentlichen zum ers ten Bereich 2a identischen kreisförmigen Form erzeugt.
In einem anderen Aspekt kann vor dem Aufbringen der Fotomaske die Oberfläche mit einer dünnen Schicht bedeckt werden, die ebenfalls als Fotomaske dient und so für die Prozessierung ver wendbar ist. Das kann in einigen komplexeren Anordnungen zum Einsparen von Prozessschritten insbesondere dem neuen Aufbrin gen bzw. Strukturieren von Masken diesen. Eine solche komplexere Struktur wären die Ausführungen der Figuren 158A und 158B. die dünne zusätzliche Schicht ist beispielsweise Chrom. Diese wird unterätzt, d.h. ein Ätzprozess trägt auch einen Teil der Chrom schicht ab, so dass die Maske und die darunterliegende dünne Chromschicht für zwei oder mehr Ätzprozesse verwendbar ist. ebenso kann Chrom als Diffusionsbarriere für den zweiten Do tierstoff dienen.
Anschließend erfolgt ein Aufbringen und Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffes. Durch das Aufbringen und Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffes b auf die freibleibende Oberfläche der p-dotierten zweiten Schicht 6 diffundiert der zweite Do tierstoff b in die aktive Schicht 2 und bildet darin die min destens zwei Bereiche 2a, 2b aus. Entsprechend ergeben sich die beiden Bereiche 2a, 2b in der aktiven Schicht 2 in Form einer Projektion der Diffusionsmaske 7, die auf die Oberfläche der p- dotierten zweiten Schicht 6 aufgebracht wird, in der aktiven Schicht 2.
Bei geeigneten Prozessbedingungen bewirkt das Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffes b in die aktive Schicht 2 das vorste hend beschriebene Quantenwellintermixing . Der erste Bereich 2a, insbesondere optisch aktive Bereich, ergibt sich als der Be reich, der sich in direkter Projektion unterhalb der Diffusi onsmaske 7 befindet und in den aufgrund der Diffusionsmaske 7 im Wesentlichen kein zweiter Dotierstoff b eindiffundiert.
Der zweite Bereich 2b ergibt sich entsprechend als der Bereich, der sich in direkter Projektion unterhalb des Bereichs befindet, der um die Diffusionsmaske 7 herum als freie Oberfläche mit dem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt wird. Folglich diffundiert der zweite Dotierstoff b in die zweite p-dotierte Schicht 6, in die aktive Schicht 2 in den zweiten Bereich 2b und je nach Dotierprofil und Prozessparametern teilweise auch in einen an die aktive Schicht 2 angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht 5.
Daraus ergibt sich, dass der zweite Bereich 2b den zweiten Dotierstoff b und somit ein Quantenwellintermixing aufweist. Figur 66 zeigt neben dem Schichtaufbau des optoelektronischen Bauelementes 1 nach Aufbringen der Diffusionsmaske 7 und Ein diffundieren des zweiten Dotierstoffes b, die Bandlücke des mindestens einen Quantenwells in der aktiven Schicht 2. Darge stellt ist die Energie der Bandlücke E in vertikaler Richtung des Diagramms über den Querschnitt des optoelektronischen Bau elementes 1 in horizontaler Richtung des Diagramms.
Die Energie der Bandlücke E ist dabei von links nach rechts betrachtet im zweiten Bereich 2b konstant und fällt in einem definierten Übergangsbereich von dem zweiten Bereich 2b zu dem ersten Bereich 2a hin ab. Im ersten Bereich 2a weist die Energie der Bandlücke E wiederum einen konstanten Wert auf und steigt in einem definierten Übergangsbereich von dem ersten Bereich 2a zu dem zweiten Bereich 2b hin an, wo die Energie der Bandlücke E des zweiten Bereiches 2b wieder einen konstanten Wert annimmt.
Der dargestellte Verlauf der Energie der Bandlücke E kann al lerdings variieren und stellt keine Absolutwerte oder Verhält- nismäßigkeiten zwischen der Energie der Bandlücke E in dem ers ten und dem zweiten Bereich 2a, 2b dar. Ebenfalls kann auch der definierte Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem ersten Bereich variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein.
Ausschlaggebend ist lediglich, dass die Energie der Bandlücke E vom ersten Bereich 2a kleiner als die des zweiten Bereichs 2b ist, und das die Energie der Bandlücke E in jeweils dem ersten und dem zweiten Bereich 2a, 2b im Wesentlichen konstant ist.
Neben einer geometrischen Betrachtung zur Verbesserung der Leis tung im Bereich einer einzelnen LED erfolgte, werden im folgen den Beispiele für eine Verbesserung eines Quantenwellintermi- xing auf Waferebene angegeben. m-LED-Strukturen werden unabhän- gig von ihrer späteren Verwendung als einzelne Bauelemente oder in monolithischer Form auf Waferebene produziert. Durch die oben beschriebene Zn Diffusion und andere Maßnahmen können Verbes serungen bei der Nieder- und Hochstromeffizienz erreicht wer- den, in dem im Bereich der späteren aktiven Schicht die Stör stellendichte erniedrigt wird und Störatome dauerhaft gebunden oder abgesättigt werden. Figur 67A zeigt die Draufsicht eines Ausschnittes einer erste Ausführungsform einer Halbleiterstruktur 0, sowie das zugehö rige Querschnittsprofil der Energie der Bandlücke der Halb leiterstruktur entlang der Schnittachse A-A. In der Halb leiterstruktur 0 sind eine Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a sowie ein zweiter Bereich 2b ausgebildet. Die Viel zahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a sind dabei in einem hexagonalen Muster zueinander beabstandet angeordnet und der eine zweite Bereich 2b umschließt die Vielzahl von ersten op tisch aktiven Bereichen 2a und ist in deren Zwischenräumen an- geordnet.
Weiterhin bildet je ein optisch aktiver Bereich 2a der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a der Halbleiterstruktur 0 einen Teil je eines einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen 1. Hierbei können die optoelektronischen Bauele mente aufgrund ihrer gesamten Abmessungen als m-LED angesehen werden. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a kann beispielsweise durch das Aufbringen einer Maske oder bei spielsweise durch das Aufbringen von Maskensegmenten eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet werden. Nachfolgend wird der offenliegende zweite Bereich 2b um die Maske beziehungsweise um die Maskensegmente herum mit einem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesem Bereich ein QWI stattfinden kann. Durch die Eindiffusion des zweiten Dotierstoffs und durch das damit verbundene QWI im zweiten Be reich ändert sich in diesem Bereich die Energie der Bandlücke im Vergleich zu den Bereichen, in denen kein Quantenwellinter- mixing stattfindet. Der im Weiteren in Figur 67A dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse A-A zeigt den Verlauf der Energie der Bandlücke in den Bereichen 2a und 2b. Daraus ist zu entnehmen, dass die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b größer ist als in den ersten optisch aktiven Berei chen 2a. Eine Verringerung der Energie der Bandlücke ergibt sich vom zweiten Bereich 2b hin zum ersten optisch aktiven Bereich 2a und in gespiegelter Weise ergibt sich entsprechend dieses Verringerung eine Vergrößerung der Energie der Bandlücke vom ersten optisch aktiven Bereich 2a zum zweiten Bereich 2b.
Dieser und ähnliche Verläufe im Folgenden ist allerdings ledig lich als qualitativer Verlauf anzusehen und stellt keine Abso- lutwerte oder Verhältnismäßigkeiten der Energie der Bandlücke in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dem zweiten Bereich 2b dar. Ebenfalls kann auch der Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem ersten optisch aktiven Bereich variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein. Ausschlaggebend ist lediglich, dass im Übergangsbereich der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a hin zum zweiten Bereich 2b eine weitestgehend scharfe Kante ausgebildet ist und, dass die Energie der Bandlücke in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a kleiner als die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b ist.
Damit einhergehend bedeutet dies mit anderen Worten, dass eine Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b im zweiten Bereich 2b größer als die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Be reichen 2a ist.
Weiterhin ist in der Figur 67A dargestellt, dass die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b keinen konstanten Wert auf- weist, sondern in den Bereichen, in denen der größtmögliche Abstand zwischen der Vielzahl von ersten Bereichen 2a auftritt, lokale Maxima der Energie der Bandlücke aufweist. Dies ist darin begründet, dass der Diffusionsvorgang und damit das Quanten- wellintermixing im Bereich von größeren, mit dem zweiten Do tierstoff b beaufschlagten Flächen effizienter abläuft als in kleineren Zwischenräumen zwischen zwei von beispielsweise einer Maske bedeckten ersten optisch aktiven Bereichen 2a.
Der im Weiteren in Figur 67B dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse (B-B) zeigt den Verlauf der Energie der Bandlücke entlang des Umfangs eines optoelekt ronischen Bauelements 1. Die Schnittachse verläuft dabei durch den zweiten Bereich 2b. Entsprechend obiger Erläuterung weist die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b keinen konstan ten Wert, sondern Maxima in den Bereichen auf, in denen der größtmögliche Abstand zwischen der Vielzahl von ersten Berei chen 2a auftritt und Minima, in den Bereichen, in denen der kleinstmögliche Abstand zwischen der Vielzahl von ersten Berei chen 2a auftritt. In der Figur 67B sind die Bereiche der lokalen Maxima der Bandlückenenergie der Halbleiterstruktur beispiel haft mit Y bezeichnet, die Bereiche mit lokalen Minima der Bandlückenenergie der Halbleiterstruktur beispielhaft mit X und Z .
In der Praxis ist es jedoch erwünscht, eine möglichst homogene und konstante Bandlückenenergie im zweiten Bereich 2b der Halb leiterstruktur 0 und entsprechend entlang des Umfangs eines optoelektronischen Bauelements 1 zu erreichen. Im Folgenden werden daher unter anderem die drei Ausführungsformen (Figuren 68A und 68B, 69A und 69B und 70A und 70B) vorgestellt, um dem Effekt von lokalen Maxima der Bandlückenenergie in der Halb leiterstruktur 0 entgegenzuwirken. Figuren 68A und 68B, 69A und 69B und 70A und 70B zeigen jeweils eine Draufsicht einer Aus führungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur 0 und ein zugehöriges Querschnittsprofil der Energie der Bandlücke der Halbliterstruktur entlang der Schnittachsen A-A und B-B.
In Ergänzung zu dem Beispiel einer Struktur in den Figuren 67A und 67B ist hierbei neben der Vielzahl von ersten optisch ak tiven Bereichen 2a und dem mindestens einen zweiten Bereich 2b mindestens ein weiterer dritter Bereich 2c ausgebildet. Dieser mindestens eine dritte Bereich 2c ist wiederum in den Zwischen räumen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a angeordnet.
Genauer gesagt zeigt Figur 68A einen Ausschnitt einer Halb leiterstruktur 0 mit einer Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a, einem zweiten Bereich 2b und einer Vielzahl von dritten Bereichen 2c. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a sind wie vorstehend bereits beschrieben in einem hexagonalen Muster zueinander beabstandet angeordnet. Der zweite Bereich 2b umschließt die Vielzahl der ersten optisch aktiven Bereiche 2a derart, dass je einer der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a ringförmig und/oder kon zentrisch von dem zweiten Bereich 2b umschlossen wird. Der zweite Bereich 2b teilt sich dabei beispielsweise in Ringseg mente auf und hängt beispielsweise nur punktförmig mit dem nächsten angrenzenden Ringsegment des zweiten Bereichs 2b zu- sammen. Die Vielzahl der dritten Bereiche 2c wird in Form einer Deltoid-Kurve von jeweils drei der Ringsegmente des zweiten Bereichs 2b gebildet.
Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c kann dabei beispielsweise durch das Aufbringen einer Maske oder beispielsweise durch das Aufbringen von Mas kensegmenten eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet werden. Nachfolgend wird der offenliegende zweite Bereich 2b um die Maske beziehungsweise um die Masken segmente herum mit einem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesem Bereich ein QWI stattfinden kann. Der im Weiteren in Figur 67A dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und die davon Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse A-A zeigt die Energie der Bandlücke in den Bereichen 2a, 2b und 2c. Daraus ist zu entnehmen, dass die Bandlücke im zweiten Bereich 2b größer ist als in den ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c. In den Bereichen, in denen die Achse A-A jeweils den zweiten Bereich 2b schneidet, ist eine lokale Vergrößerung der Bandlücke zu erkennen. Entsprechend der von der Achse A-A geschnittenen Flä che des zweiten Bereichs 2b ergibt sich für Energie der Band- lücke ein jeweils höherer oder weniger hoher Wert.
Dieser Verlauf ist allerdings lediglich als qualitativer Ver lauf anzusehen und stellt keine Absolutwerte oder Verhältnis mäßigkeiten der Energie der Bandlücke der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a, dem zweiten Bereich 2b und der Vielzahl von dritten Bereichen 2c dar. Ebenfalls können auch die Übergangsbereiche zwischen dem ersten optisch aktiven Be reich, dem zweiten Bereich 2b und den dritten Bereichen 2c variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein.
Ausschlaggebend ist lediglich, dass im Übergangsbereich der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a hin zum zweiten Bereich 2b und im Übergangsbereich von den dritten Bereichen 2c hin zum zweiten Bereich 2b eine weitestgehend scharfe Kante ausgebildet ist und dass die Energie der Bandlücke in der Viel zahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Berei chen 2c kleiner als die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b ist. Damit einhergehend bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b im zweiten Bereich 2b größer als die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c ist. Der im Weiteren in Figur 68B dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse B-B zeigt den Verlauf der Energie der Bandlücke entlang des Umfangs eines optoelekt ronischen Bauelements 1. Die Schnittachse verläuft dabei durch den zweiten Bereich 2b. Entgegen der Darstellung in Figur 67B weist die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b eine weniger starke Variation auf. Durch das Einbringen der Vielzahl von dritten Bereichen 2c wird erreicht, dass im Bereich der Zwischenräume von jeweils drei der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a die lokalen Maxima der Bandlückenenergie in der Halbleiterstruktur 0 weniger ausgeprägt sind. Damit kann eine gleichmäßigere Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b erreicht werden. Dies wiederum führt zu einer Leistungssteige rung der optoelektronischen Bauelemente 1.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke in der Halbleiterstruktur 0 entlang der Schnit tachsen A-A und B-B ist in den Figur 69A und 69B dargestellt.
Darin sind die Vielzahl der dritten Bereiche 2c jeweils kreis förmig ausgebildet und in der Mitte von jeweils drei der Viel zahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a angeordnet. Ebenso kann der Begriff kreisförmig auch elliptische, sowie ovale und weitere rundlich konvexe Formen umfassen. Diese Anordnung der Vielzahl von dritten Bereichen 2c dient in analoger Weise wie in Figur 68A und 68B dazu, lokale Maxima des aufgebrachten zweiten Dotierstoffes b auf die Halbleiterstruktur 0 zu redu zieren, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Dotierstoffkon- zentration im zweiten Bereich 2b zu erreichen. Die in Figur 69A dargestellten kreisförmig ausgebildeten und in der Mitte von jeweils drei der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a angeordneten dritten Bereiche 2c zeigen dabei bereits eine Leistungssteigerung der optoelektronischen Bauelemente 1. Ent- sprechend ergibt sich der zweite Bereich 2b nicht als zusammen hängende Ringsegmente, sondern füllt den Zwischenraum zwischen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c aus. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c kann beispielsweise durch das Aufbringen einer Maske oder beispielsweise durch das Aufbringen von Maskenseg menten eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet werden. Dazu wird der offenliegende zweite Bereich 2b um die Maske beziehungsweise um die Maskensegmente herum mit einem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesem Be reich ein QWI stattfinden kann.
Der im Weiteren in Figur 69A dargestellte Ausschnitt der Halb- leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse A-A zeigt die Energie der Bandlücke in den Bereichen 2a, 2b und 2c. Daraus ist zu entnehmen, dass die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b größer ist als in den ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c. In den Bereichen, in denen die Achse A-A jeweils den zweiten Bereich 2b schneidet, ist eine lokale Ver größerung der Bandlücke zu erkennen. Ebenfalls können auch die Übergangsbereiche zwischen dem ersten Bereich dem zweiten Be reich 2b und den dritten Bereichen 2c variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein.
Ausschlaggebend ist lediglich, dass im Übergangsbereich der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a hin zum zweiten Bereich 2b und im Übergangsbereich von den dritten Bereichen 2c hin zum zweiten Bereich 2b eine weitestgehend scharfe Kante ausgebildet ist und, dass die Energie der Bandlücke in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c kleiner als die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b ist. Damit einhergehend bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotier stoffes b im zweiten Bereich 2b größer als die Dotierstoffkon zentration des zweiten Dotierstoffes b in der Vielzahl von ers ten optisch aktiven Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c ist. Der im Weiteren in Figur 69B dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der durch den Pfeil angedeuteten Schnit tachse zeigt den Verlauf der Energie der Bandlücke entlang des Umfangs eines optoelektronischen Bauelements 1. Die Schnitta- chse verläuft dabei durch den zweiten Bereich 2b. Wie in Dar stellung in Figur 68B weist die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b wiederum keinen konstanten Wert auf.
Da die Vielzahl von dritten Bereichen 2c jeweils eine kleinere Fläche als die Vielzahl von dritten Bereichen 2c der Ausfüh rungsform in Figur 68A abdecken, ergeben sich ausgeprägtere lokale Maxima in den Bereichen, in denen ein größtmöglicher Abstand zu der Vielzahl von ersten Bereichen 2a und dritten Bereichen 2c auftritt. Entsprechend ergeben sich ebenso lokale Minima, in den Bereichen, in denen der kleinstmögliche Abstand zwischen der Vielzahl von ersten Bereichen 2a und dritten Be reichen auftritt. In der Figur 69B sind die Bereiche der lokalen Maxima der Bandlückenenergie der Halbleiterstruktur beispiel haft mit X und Z bezeichnet, die Bereiche mit lokalen Minima der Bandlückenenergie der Halbleiterstruktur beispielhaft mit Y .
Ausschlaggebend ist, dass im Vergleich zur Ausführungsform in Figur 67A, durch das Einbringen der Vielzahl von dritten Berei- chen 3c, die lokalen Maxima der Bandlückenenergie in der Halb leiterstruktur 0 betragsmäßig geringer sind, sodass eine ver gleichsweise homogene und konstante Energie der Bandlücke ent lang des entlang des Umfangs eines optoelektronischen Bauele- ments 1 beziehungsweise innerhalb des zweiten Bereichs 2b in der Halbleiterstruktur 0 vorherrscht. Dies wiederum führt be reits zu einer Leistungssteigerung der optoelektronischen Bau elemente 1. Weiterhin ist in Figur 69B dargestellt, dass je ein optisch aktiver Bereich 2a der Vielzahl von ersten optisch aktiven Be reichen 2a der Halbleiterstruktur 0 einen Teil je eines opto elektronischen Bauelements 1 bildet. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke in der Halbleiterstruktur 0 entlang der Schnit tachsen A-A und B-B ist in den Figur 70A und 7 OB dargestellt. Dabei ist die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a jeweils von einem zweiten Bereich 2b konzentrisch umschlossen. Entsprechend ergibt sich eine Vielzahl von zweiten Bereichen 2b, die jeweils ring- beziehungsweise kreisförmig um jeweils einen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a an- geordnet sind. Ebenso kann der Begriff ring- beziehungsweise kreisförmig auch elliptische, sowie ovale und weitere rundlich konvexe Formen umfassen.
Weiterhin weist die Halbleiterstruktur 0 einen dritten Bereich 2c auf, der in den Zwischenräumen zwischen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und zweiten Bereichen 2b angeordnet ist. Die Vielzahl von ersten optisch aktiven Berei chen 2a und der dritte Bereich 2c kann beispielsweise durch das Aufbringen einer Maske oder beispielsweise durch das Aufbringen von Maskensegmenten eventuell mit gleicher oder ähnlicher Form und Größe ausgebildet werden. Dazu werden die offenliegenden zweiten Bereiche 2b um die Maske beziehungsweise um die Masken segmente herum mit einem zweiten Dotierstoff b beaufschlagt, sodass in diesem Bereich ein QWI stattfinden kann.
Durch diese ringförmige Anordnung der Vielzahl von zweiten Be reichen 2b um jeweils einen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und des dritten Bereichs 2c wird es ver mieden, dass sich im Bereich der Zwischenräume von jeweils drei ersten optisch aktiven Bereichen 2a lokale Maxima des aufge brachten zweiten Dotierstoffes b bilden. Damit kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Dotierstoffkonzentration in der Viel zahl von zweiten Bereichen 2b erreicht werden. Dies wiederum führt dazu, dass ein im Wesentlichen gleichmäßiges QWI in der Vielzahl von zweiten Bereichen 2b stattfinden kann, was zu einer Leistungssteigerung der optoelektronischen Bauelemente 1 führt.
Der im Weiteren in Figur 70A dargestellte Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse A-A zeigt, dass die Ener- gie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b größer ist als in den ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dem dritten Bereich 2c. In den Bereichen, in denen die Achse A-A jeweils den zweiten Bereich 2b schneidet, ist eine lokale Vergrößerung der Bandlücke zu erkennen.
Dieser Verlauf ist allerdings lediglich als qualitativer Ver lauf anzusehen und stellt keine Absolutwerte oder Verhältnis mäßigkeiten zwischen der Energie der Bandlücke der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a, dem zweiten Bereich 2b und dem dritten Bereich 2c dar. Ebenfalls können auch die Über gangsbereiche zwischen dem ersten optisch aktiven Bereich dem zweiten Bereich 2b und dem dritten Bereich 2c variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein. Ausschlaggebend ist lediglich, dass im Übergangsbereich der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a hin zu den zweiten Bereichen 2b und im Übergangsbereich von dem dritten Bereich 2c hin zum den zweiten Bereichen 2b eine weitestgehend scharfe Kante ausgebildet ist und, dass die Energie der Band lücke in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und im dritten Bereich 2c kleiner als die Energie der Bandlücke in den zweiten Bereichen 2b ist. Damit einhergehend bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b in den zweiten Bereichen 2b größer als die Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierstoffes b in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dem dritten Bereich 2c ist.
Der im Weiteren in Figur 70B dargestellte Ausschnitt der Halb leiterstruktur 0 und der davon abgeleitete Verlauf der Energie der Bandlücke entlang der Schnittachse B-B zeigt den Verlauf der Energie der Bandlücke entlang des Umfangs eines optoelekt- ronischen Bauelements 1. Die Schnittachse verläuft dabei durch den zweiten Bereich 2b. Entgegen der Darstellung in Figur 67B, 68B und 69B weist die Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b einen weitestgehend konstanten Wert auf. Durch das Einbringen des dritten Bereiches 2c wird es vermieden, dass sich im Bereich der Zwischenräume von jeweils drei ersten optisch aktiven Be reichen 2a lokale Maxima des aufgebrachten zweiten Dotierstof fes b bilden, und sich somit auch keine lokalen Maxima der Bandlückenenergie in der Halbleiterstruktur 0 ergeben. Damit kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Energie der Bandlücke im zweiten Bereich 2b erreicht werden.
Figur 71A, 71B und 71C zeigen den Schichtaufbau und entsprechend die Herstellung einer Halbleiterstruktur 0 wie in Figur 68A, 69A und 70A dargestellt. Die Halbleiterstruktur 0 umfasst dabei eine n-dotierte erste Schicht 5, eine mit einem ersten Dotier stoff versetzte p-dotierte zweite Schicht 6 und eine aktive Schicht 2, die zwischen der n-dotierten ersten Schicht 5 und der p-dotierten zweiten Schicht 6 angeordnet ist und die min destens einen Quantenwell aufweist. Die Schichten werden bei spielsweise epitaktisch auf einem hier nicht dargestellten Trä gersubstrat abgeschieden. Neben den hier gezeigten Schichten können weitere Schichten, Kontaktschichten, Opferschichten der ähnliches vorgesehen sein.
Figur 71B zeigt den nächsten Schritt, bei dem eine strukturierte Maske 7 aufgebracht ist. Die Maske ist an einigen Stellen durch brochen, so dass dort Dotierstoff b eingebracht wird. Das Ein diffundieren des zweiten Dotierstoffes b in die aktive Schicht 2 bewirkt hierbei das vorstehend beschriebene QWI .
Durch das Aufbringen einer Maske beziehungsweise das Aufbringen von Maskensegmenten 7, beispielsweise eines Dielektrikums oder einer Fotolackmaske, auf die Oberfläche der p-dotierten zweiten Schicht 6 und dem anschließenden Diffusionsprozess entsteht die in Figur 71C dargestellte Struktur. Sie zeigt eine Anzahl op tisch aktiver Bereiche unterhalb der Maske 7 mit umgebenden zweiten Bereichen 2b und dem mindestens einen dritten Bereich 2c. Die Struktur und der Aufbau ergeben sich wie erwähnt aus der Strukturierung der aufgebrachten Maske 7. Der zweite Do tierstoff b diffundiert durch die p-dotierte zweiten Schicht 6 und in die aktive Schicht 2 und bildet darin die Bereiche 2a, 2b und 2c aus. Entsprechend ergeben sich die Bereiche 2a, 2b und 2c in der aktiven Schicht 2 in Form einer Projektion der Maske beziehungsweise der Maskensegmente 7, die auf die Oberfläche der p-dotierten zweiten Schicht 6 aufgebracht wird, in der ak tiven Schicht 2.
Die Vielzahl der ersten optisch aktiven Bereiche 2a und der mindestens eine dritte Bereich 2c ergeben sich dabei als die Bereiche, die sich in direkter Projektion unterhalb der Maske beziehungsweise der Maskensegmente 7 befinden und in die auf grund der Maske beziehungsweise der Maskensegmente 7 im Wesent lichen kein zweiter Dotierstoff b eindiffundiert.
Der mindestens eine zweite Bereich 2b ergibt sich entsprechend als der Bereich, der sich in direkter Projektion unterhalb des Bereichs befindet, der um die Maske beziehungsweise die Masken segmente 7 herum als freie Oberfläche mit dem zweiten Dotier- stoff b beaufschlagt wird. Folglich diffundiert in dem mindes tens einen zweiten Bereich 2b der zweite Dotierstoff b in die zweite p-dotierte Schicht 6, in die aktive Schicht 2 und je nach Dotierprofil und Prozessparametern teilweise auch in einen an die aktive Schicht 2 angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht 5.
Daraus ergibt sich, dass der mindestens eine zweite Bereich 2b den zweiten Dotierstoff b und somit ein QWI aufweist. Figur 72 zeigt neben dem Schichtaufbau der Halbleiterstruktur 0 nach Aufbringen der Maske beziehungsweise der Maskensegmente 7 und Eindiffundieren des zweiten Dotierstoffes b die Bandlücke des mindestens einen Quantenwells in der aktiven Schicht 2. Dargestellt ist die Energie der Bandlücke E in vertikaler Rich- tung des Diagramms über den Querschnitt der Halbleiterstruktur 0 in horizontaler Richtung des Diagramms.
Die Energie der Bandlücke E ist dabei von links nach rechts betrachtet im dritten Bereich 2c konstant und steigt in einem definierten Übergangsbereich von dem dritten Bereich 2c zu dem zweiten Bereich 2b hin an. Im zweiten Bereich 2b weist die Energie der Bandlücke E wiederum einen konstanten Wert auf und fällt anschließend in einem definierten Übergangsbereich von dem zweiten Bereich 2b zu dem ersten optisch aktiven Bereich 2b hin ab, wo die Energie der Bandlücke E des ersten optisch ak tiven Bereichs 2a einen konstanten Wert annimmt. In gespiegelter Weise ergibt sich entsprechend dieses Verlaufs ein Anstieg der Energie der Bandlücke E in einem definierten Übergangsbereich von dem ersten optisch aktiven Bereich 2a zu dem zweiten Bereich 2b und ein Abfall der Energie der Bandlücke E in einem defi nierten Übergangsbereich von dem zweiten Bereich 2b zu dem drit ten Bereich 2c. Der dargestellte Verlauf der Energie der Bandlücke E kann al lerdings variieren und stellt keine Absolutwerte oder Verhält nismäßigkeiten zwischen der Energie der Bandlücke E in den ers ten optisch aktiven Bereichen 2a, dem mindestens einen zweiten Bereich 2b und dem mindestens einen dritten Bereich 2c dar. Ebenfalls kann auch der Übergangsbereich zwischen dem mindes tens einen zweiten Bereich 2b und den ersten optisch aktiven Bereichen 2a und der Übergangsbereich zwischen dem mindestens einen zweiten Bereich 2b und dem mindestens einen dritten Be reich 2c variieren und sowohl etwas flacher als auch steiler ausgebildet sein.
Ausschlaggebend ist lediglich, dass die Energie der Bandlücke E der ersten optisch aktiven Bereiche 2a und des mindestens einen dritten Bereichs 2c kleiner als die des mindestens einen zweiten Bereichs 2b ist, und dass die Energie der Bandlücke E in jeweils den ersten optisch aktiven Bereichen 2a und dem mindestens einen zweiten Bereich 2b entlang des Umfanges des Bereichs 2a im Wesentlichen konstant ist. Bevor Aspekte zur magnetischen Stromeinschnürung erläutert wer den, wird auf Figur 73 verwiesen. Die Figur zeigt ein Ausfüh rungsbeispiel einer herkömmlichen Leuchtdiode. Die Leuchtdiode wird stromversorgt, wobei ein elektrischer Strom hier mit dicken Pfeilen dargestellt von oben in der Leuchtdiode zu einer aktiven Schicht mit einem sogenannten pn-Übergang fließt. Dort finden neben strahlenden Rekombinationen unerwünschte nichtstrahlende Rekombinationen NR statt, die vermieden beziehungsweise in de ren Intensität reduziert werden sollen. Dabei ergeben sich die nichtstrahlenden Rekombinationen aus der Diffusion von Lan dungsträgern zum Rand, wobei die Defektdichte am Rand erhöht ist oder andere Effekte auftreten. Diese Diffusion der Ladungs träger zum Rand ist mit dem Bezugszeichen 2 angezeigt. NR re duziert die Quanteneffizienz und wird im Wesentlichen in Wärme umgesetzt. Gerade bei kleinen Chip wird das Verhältnis von strahlender Rekombination zu nichtstrahlender Rekombination schlechter. Es ist daher wünschenswert, Verfahren zu entwickeln, mit dem die Ladungsträger eingeschnürt und auf die Mitte be grenzt werden können.
Figur 74 zeigt einen Längsschnitt entlang einer X-Z-Ebene eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelekt ronischen Bauelements 10. Dieses ist als ein Schichtenstapel S ausgebildet, der an einem Träger 1 eine erste Schicht 3 auf weist, auf dem eine aktive Schicht 7 aufgebracht ist und an der wiederum eine zweite Schicht 5 abgeschieden wurde. Ein erster Kontakt 9 ist an einem dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbe reich der zweiten Schicht 5 und ein zweiter Kontakt 11 mittels des Trägers 1 an der ersten Schicht 3 ausgebildet ist. Die erste Schicht 3 ist n-dotiert und die zweite Schicht 5 ist p-dotiert, so dass insbesondere der erste Kontakt 9 die Anode und der zweite Kontakt 11 die Kathode bildet. Der Schichtenstapel S weist hier entlang seiner Mantelfläche und an der dem Träger 1 zugewandten Seite eine elektrisch isolierende Beschichtung 13 und passivierende Beschichtung 15 auf. Der erste Kontakt kann beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) aufweisen, so dass in der aktiven Schicht erzeugtes Licht nach oben austritt.
Weiterhin umfasst das Bauelement ein Magnetisierungselement M, das bei Stromfluss entlang der Z-Achse des (gesamten) Schich tenstapels S Magnetfeldlinien entlang der X-Y-Ebene verlaufend bereitstellt. Das Magnetisierungselement M weist eine Anzahl von entlang der Z-Achse und entlang der Mantelfläche des Schich tenstapels S verlaufenden streifenförmigen Stromleitungen 17 auf. Diese kontaktieren den ersten Kontakt 9. Je nach Strom- richtung (d.h. je nach Funktion des Kontakts 9 als Anode oder Kathode) verläuft ein Stromfluss entlang der Stromleitungen und antiparallel durch den Schichtenstapel. Auf diese Weise stoßen sich die Ladungsträger, insbesondere Elektronen, ab. Mittels zweier aufeinander zulaufender Linien ist eine sich daraus er- gebende magnetische Stromeinschnürung MS, als eine Art „Elekt ronenlinse", veranschaulicht.
Figur 75 zeigt einen Querschnitt entlang einer X-Y-Ebene des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optoelektro- nischen Bauelements 10. In der Mitte der X-Y-Querschnittsebene erstreckt sich die Z-Achse, entlang der ein Strom entlang eines optoelektronischen Bauelements 10 fließt. In Ausgestaltung von Leiterstreifen oder Leiterbändern sind Stromleitungen 17 ent lang den Mantelflächen des Schichtenstapels S erzeugt. Hier sind am quaderförmigen Schichtenstapel S insgesamt vier Stromleitun gen 17 ausgebildet, deren Ströme antiparallel zum Strom bei spielsweise durch eine Leuchtdiode hindurchfließen. Diese Stromleitungen 17 bilden ein Magnetisierungselement M, wobei die sich im optoelektronischen Bauelement 10 fließenden La- dungsträger, beispielsweise Elektronen, in Richtung eines Trä gers 1 bewegen und dabei infolge der mittels der Stromleitungen 17 entlang einer X-Y-Ebene erzeugten Magnetfelder in Richtung zu der Z-Achse abgelenkt werden. Auf diese Weise wirken Kräfte F auf die Ladungsträger, insbesondere Elektronen, die vom Rand des Bauelements 10 verdrängt werden. Es ergibt sich eine Ein schnürung der Stromverteilung (eine Magnetische Stromeinschnü rung MS) und es wird eine Art „Elektronenlinse" derart geschaf fen, bei der nichtstrahlende Rekombination an Chipkanten bezie hungsweise Mesakanten des optoelektronischen Bauelements 10 re- duziert ist. Die Mantelfläche des optoelektronischen Bauele ments weist zudem eine elektrisch isolierende Beschichtung 13 sowie ein passivierende Beschichtung 15 auf. Figur 76 zeigt eine Darstellung zur Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels. Der antiparallele Stromverlauf II zu -12 in den beiden Leitungen bewirkt ein Kraft F, die die beiden Leitungen voneinander wegbewegt. Es wirken dabei die Magnetfel der, die sich um die beiden Leitungen aufgrund der Ströme er- geben. Das Gleiche ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 74 und Figur 75.
Figur 77 zeigt einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements. Ein Magnetisierungselement M ist hier im Bereich einer aktiven Schicht 7 in Form von vier permanent-magnetischer Dipole aus gebildet. Diese Lage kann in der Höhe h variiert sein, um mag netische Kräfte gezielt innerhalb der aktiven Schicht 7 mit den Quantum Wells bereitzustellen. So können entgegen der Haupt- Bewegungsrichtung der Ladungsträger und damit in einem Bereich vor der aktiven Schicht 7 gezielt Magnetfeldlinien MF insbeson dere entlang der Z-Achse verlaufend eingeprägt werden. Dabei sind deren Südpole der aktiven Schicht 7 zugewandt und deren Nordpole der aktiven Schicht 7 abgewandt. Die Pole können auch vertauscht werden. Der Verlauf der erzeugten Magnetfelder MF bewirkt, dass die bevorzugte Bewegungsrichtung eines Elektrons entlang einer Y-Achse insbesondere aus der Zeichnungsebene be ziehungsweise aus der X-Z-Ebene heraus verläuft. Damit wird eine ohne das jeweilige Magnetfeld zufällige Bewegung eines Elekt- rons infolge Diffusion zum Rand der aktiven Schicht 7 des Schichtenstapels S mittels der gezielten Kraft des Magnetfeldes in eine laterale Bewegungsrichtung umgelenkt. Dies resultiert in eine Vorzugsrichtung der zufälligen Diffusion zum gegenüber liegenden anderen Rand der aktiven Schicht 7 des Schichtensta- pels S, an dem das Elektron wieder vom dortigen Rand weggeleitet wird, da die dortige Kraft dann wieder in eine andere laterale Richtung wirkt. Auf diese Weise kann ein Elektron in der aktiven Schicht 7 entlang einer Spirallinie in Richtung zu der Z-Achse umgelenkt werden, insbesondere wenn eine Vielzahl von Dauermag- netdipolen entlang des Randbereichs der aktiven Schicht 7 in der X-Y-Ebene die aktive Schicht 7 einrahmt beziehungsweise umläuft. Dabei kann ein Schichtenstapel S beispielsweise als Quader oder alternativ als Zylinder geschaffen sein. Grundsätz lich sind alternative geometrische Formen des Schichtenstapels S beispielsweise Kegel, Kegelstümpfe oder Pyramiden ebenso mög lich. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt der erste Kontakt 9 eine Anode bereit.
Die Positionierung der Dauermagnetdipole entlang der Z-Achse wird zur erhöhten Reduzierung nichtstrahlender Rekombinationen ausgewählt. Grundsätzlich können die verwendeten Magnetdipole horizontal entlang einer X-Y-Ebene oder vertikal entlang einer Z-Achse verlaufen beziehungsweise orientiert sein. Figur 78 zeigt einen Querschnitt des zweiten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 10 gemäß Figur 77. Figur 78 zeigt die Anordnung einer Vielzahl von Dauermagnetdipolen entlang des Randbereichs der aktiven Schicht 7 in der X-Y-Ebene. Der Schichtenstapel S wird hier im Bereich der aktiven Schicht 7 beispielsweise von zwölf Dauermagnetdi polen NS eingerahmt beziehungsweise umfasst. Mit Z ist die in der Mitte der X-Y-Querschnittsfläche angeordnete vertikale Z- Achse dargestellt, um die sich entlang einer Spirallinie auf grund Diffusion und Kraftwirkung der Magnetfelder der Dauermag- netdipole NS Elektronen in Richtung zur Z-Achse bewegen können. Die Magnetfelder der Dauermagnetdipole NS verlaufen vom jewei ligen Nordpol N zum Südpol S, wobei die Magnetfelder im Bereich der Südpole S in den Randbereich der X-Y-Querschnittsfläche der aktiven Schicht 7 des Schichtenstapels S hineinwirken. Entspre chend wird hier ein Magnetisierungselement M mittels der vor stehend beschriebenen Dauermagnetdipole geschaffen. Figur 79 zeigt einen Längsschnitt entlang einer X-Z-Ebene eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelekt ronischen Bauelements 10. Im Unterschied zum zweiten Ausfüh rungsbeispiel werden hier anstelle von Dauermagnetdipolen Elektromagnetdipole verwendet, wobei deren Stromfluss insbeson- dere mittels des Stromflusses durch das optoelektronische Bau element 10 bereitgestellt wird. Der erste Kontakt 9 ist hier als Anode ausgebildet. Der technische Stromfluss verläuft auf der Höhe der aktiven Schicht 7 in die Elektromagnete und um fließt dabei den Schichtenstapel S um danach antiparallel zum Strom durch das optoelektronische Bauelement 10 oder durch die beispielhafte m-LED entlang der Z-Achse zur Anode zu fließen. Auf diese Weise kann das Konzept einer „Elektronenlinse" gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Magnetwirkung in der aktiven Schicht 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kombi- niert sein. Als Beispiel für ein magnetisches Material, welches mittels eines Stromflusses magnetisiert wird, kann Mangan ver wendet werden. Die Anordnung
Figur 80 zeigt einen Querschnitt entlang einer X-Y-Ebene des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optoelekt ronischen Bauelements 10. Entlang der Z-Achse auf der Höhe der aktiven Schicht 7 des optoelektronischen Bauelements 10, das ein m-LED-Chip LED sein kann, sind die Elektromagnetdipole SN entlang der X-Y-Ebene um den Schichtenstapel S herum angeordnet. Es werden hier ebenso zwölf Elektromagnete vorgeschlagen. Die Einspeisung des elektrischen Stromes erfolgt in Figur 80 links unten, und zwar insbesondere des Stromes, der ebenso das opto elektronische Bauelement 10 durchfließt. Dieser Strom ILED kann ebenso in Figur 80 links unten nach mindestens einem Umlaufen des Schichtenstapels S und mindestens einem Durchlaufen der Elektromagnetdipole NS oder alternativ einem Durchlaufen von magnetischem, insbesondere ferromagnetischem, Material, der Anode beziehungsweise dem ersten Kontakt 9 zugeführt werden. Figur 79 und Figur 80 zeigen das Magnetisierungselement M im Bereich einer aktiven Schicht 7, wobei in deren Randbereich Magnetfeldlinien auf einen Pol, und zwar hier auf den Südpol, eines Magnetdipols zulaufend bereitgestellt sind. Die Wirkung der Magnetfelder auf Ladungsträger gleicht hier der des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 77 und Figur 78. Das Magneti sierungselement M stellt Magnetfeldlinien bereit, mittels denen die sich bewegenden Ladungsträger, insbesondere Elektronen, von Randbereichen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels ferngehalten werden.
Figur 81 zeigt einen Längsschnitt entlang einer X-Z-Ebene eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelekt ronischen Bauelements 10. Das Magnetisierungselement M stellt Magnetfeldlinien bereit, mittels denen die sich bewegenden La- dungsträger von Randbereichen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels S ferngehalten werden. Das Magnetisierungsele ment M ist in Z-Richtung auf der Höhe einer aktiven Schicht 7 angeordnet, wobei die Magnetfeldlinien MF im Randbereich der aktiven Schicht 7 entlang der Z-Achse verlaufend bereitstellt sind. Die Position des Magnetisierungselements M kann in der Höhe entlang der Z-Achse variiert sein, um die Kräfte auf die Ladungsträger, insbesondere Elektronen, gezielt innerhalb des Quantenwells der aktiven Schicht 7 zu definieren und zu gene rieren. Beispielsweise kann das Magnetisierungselement M ent- gegen der Haupt-Bewegungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht 7 verschoben worden sein.
Das Magnetisierungselement M ist als ein den Schichtenstapel S entlang einer X-Y-Ebene umlaufenden magnetisches Material, ins- besondere Mangan, im Bereich einer aktiven Schicht 7 geschaffen. Das magnetische Material ist auf eine Mantelfläche des Schich tenstapels S abgeschieden und kann mittels eines externen Mag netfeldes magnetisiert worden sein. Eine Abscheidung des mag netischen Materials kann beispielsweise mittels MOVPE (metall- organische Gasphasenepitaxie) , MBE (Molekularstrahlepitaxie) o- der ähnlichen Verfahren erfolgen.
Der Verlauf der erzeugten Magnetfelder MF bewirkt, dass die bevorzugte Bewegungsrichtung eines Elektrons entlang einer Y- Achse insbesondere aus der Zeichnungsebene beziehungsweise aus der X-Z-Ebene heraus verläuft. Damit wird eine ohne das jewei lige Magnetfeld MF zufällige Bewegung eines Elektrons infolge Diffusion zum Rand der aktiven Schicht 7 des Schichtenstapels S mittels der gezielten Kraft des Magnetfeldes MF in eine la- terale Bewegungsrichtung umgelenkt. Dies resultiert in eine Vorzugsrichtung der zufälligen Diffusion zum gegenüberliegenden anderen Rand der aktiven Schicht 7 des Schichtenstapels S, an dem das Elektron wieder vom dortigen Rand weggeleitet wird, da die dortige Kraft dann wieder in eine andere laterale Richtung wirkt. Auf diese Weise kann ein Elektron in der aktiven Schicht 7 insbesondere entlang einer Spirallinie in Richtung zu der Z- Achse umgelenkt werden, insbesondere, wenn magnetisches Mate rial entlang des Randbereichs der aktiven Schicht 7 in der X- Y-Ebene die aktive Schicht 7 einrahmt beziehungsweise umläuft. Dabei kann ein Schichtenstapel S beispielsweise als Quader oder alternativ als Zylinder geschaffen sein. Grundsätzlich sind al ternative geometrische Formen des Schichtenstapels S beispiels weise Kegel, Kegelstümpfe oder Pyramiden ebenso möglich. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt der erste Kontakt 9 eine Anode bereit. Das magnetische Material wirkt als Dipol, wobei Magnet feldlinien ausgehend von einem oberen Nordpol entlang der Z- Achse in Richtung zu einem unteren Südpol entlang des Schich tenstapels S verlaufen. Die Magnetfeldlinien MF durchdringen den Randbereich des Schichtenstapels S und der aktiven Schicht 7, die als pn-Übergangsbereich geschaffen ist. Figur 82 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens. Bei dem Verfahren verläuft eine Haupt-Bewegungs richtung von Ladungsträgern entlang einer Achse senkrecht durch die aktive Schicht einer m-LED. Einer Diffusion von Ladungsträ- gern zum Rand der aktiven Schicht wird durch ein Magnetfeld entgegengewirkt die Ladungsträger von Randbereichen von X-Y- Querschnittsflächen der aktiven Schicht ferngehalten werden.
Neben anderen Aspekten, ist auch das Übersprechen von Licht in benachbarte Pixel von Bedeutung. Manchmal tritt Licht seitlich an der m-LED aus, so dass infolge von Übersprechen einen Kon trast eines m-Displays verringert. Ebenso kann seitlich emit tiertes oder abgestrahltes Licht aufgrund von Brechungsindex sprüngen die Struktur oftmals nicht verlassen kann. Zudem wird für viele Anwendungen eine Lambertsche Abstrahlcharakteristik des Displays gefordert, so dass das Display von allen Seiten betrachtet gleich hell wirkt. Daher wird vorgeschlagenen, eine Verbesserung der Abstrahlcharakteristik durch um die aktive Schicht oder die m-LED umlaufende reflektierende Schichten bzw. Spiegel zu erreichen. Mit anderen Worten können m-LED Strukturen mit einem umlaufenden Spiegel versehen werden, um die Ab strahlcharakteristik zu verbessern.
Figur 84 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorgeschla- genen Arrays in einem Y-Z-Querschnitt . Dieses kann beispiels weise mittel der in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Anstatt dieser können auch die m-LEDs ver wendet werden, die Teil dieser Anmeldung sind. In einem Y-Z- Querschnitt sind zwei elektrisch kontaktierte m-LEDs 3a und 3b, auf einem Substrat 1 gefertigt, wobei in einem mittleren Bereich zwischen den beiden prozessierten m-LEDs 3a und 3b eine m- Reflektor-Struktur 4b auf dem Substrat 1 ausgebildet ist. Die Flankenwinkel der m-Reflektor-Struktur 4b wird einer geforder ten optischen Auskopplung angepasst. Zum Beispiel kann die Flanke stark vom Abstand zwischen m-LED und der m-Reflek- torstruktur 4b abhängen. Die zwei elektrisch kontaktierten m- LEDs 3b bilden zusammen mit der mittigen beschichteten m-Re- flektor-Struktur 4b jeweils ein optoelektronisches Bauelement OB aus. m-LED 3b kann im Unterschied zu m-LED 3a Licht anderer Wellenlängen emittieren. Bezugszeichen 4a' bezeichnet eine Ein fassung. Es versteht sich bei dieser Ausführung von selbst, dass auch weitere m-LED Bauelemente angeordnet werden können, bei spielsweise drei, so dass diese dann die Subpixel eines Pixel eines m-Displays bilden.
Im Rahmen des Herstellungsprozesses sind die Flanken der m- Reflektor-Struktur 4b sind mit einer zweiten Metallspiegel schicht 6b zusammen mit den ersten Metallspiegelschichten 6a der m-LEDs beschichtet worden, so dass sich die gezeigte Struk tur ergibt .
Die m-Reflektor-Struktur 4b, wurde aus einer Planarisierungs schicht 4 erzeugt. Ebenso umfasst das Bauelement die erste Me tallspiegelschicht 6a, die als jeweilige Metallbrücken von ei nem zweiten Kontaktbereich 2b zu einer Kontaktschicht 5 eines zweiten Kontaktes der m-LEDs führen. Die zweiten Metallspiegel schichten 6b bedecken lediglich die Flanken der m-Reflektor- Struktur 4b. zudem kann bei den zweiten Metallspiegelschichten 6b ein Bereich in der Nähe zum Substrat 1 ausgespart werden, um Kurzschlüsse mit Leiterbahnen auf dem Substrat 1 zu vermeiden. Substrat 1 kann darüber hinaus auch elektrische Strukturen zur Ansteuerung der m-LEDs umfassen, wie sie hier in dieser Anmel dung beschrieben sind. Sofern Substrat aus Si oder einem anderen im allgemeinen nicht kompatiblen Material zu den m-LEDs besteht oder dieses umfasst, sind zudem Anpassungsschichten vorgesehen. Das bedeutet, dass die m-LEDs entweder auf dem Träger 1 direkt erzeugt wurden oder auf diesen transferiert worden sind. Dazu wären z.B. die hier gezeigten Transferprozesse und Ankerstruk turen geeignet. Figur 85 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorgeschla genen optoelektronischen Bauelements OB als Draufsicht auf eine X-Y-Ebene. Diese Draufsicht kann das linke optoelektronische Bauelement OB gemäß Figur 84 darstellen. Das optoelektronische Bauelement ist ein Subpixel und bilden mit weiteren jeweils ein Pixel. Letztere sind weiteren Pixeln in mehreren Reihen und Spalten angeordnet. Diese bilden so ein Array oder ein m-Dis- play. Dabei umfasst jedes Pixel gleich aufgebaute m-LEDs, die ent sprechend elektrisch verschaltet sein können, um diese indivi duell anzusteuern. Gemäß Figur 83 und Figur 84 weist ein opto elektronisches Bauelement OB mit zweiten Metallspiegelschichten 6b beschichtete m-Reflektor-Struktur 4b auf, die eine m-LED umgibt. Die m-LED ist hierzu mittig angeordnet. Andere geomet rische Formen wie beispielsweise Rechtecke, Kreise oder Drei ecke oder Vielecke sind ebenso möglich.
Die der m-LED 3a zugewandte Flanke der m-Reflektor-Struktur 4b ist hier von einer zweiten Metallspiegelschicht 6b bedeckt. In der Draufsicht zeigt sich entlang der X-Y-Ebene, um die m-LED 3a herum eine Einfassung 4a', die ebenso wie die m-Reflektor- Struktur 4b aus dem Material einer Planarisierungsschicht 4 ausgebildet wurde. Ausgehend von einer Kontaktschicht 5 verläuft eine erste Metallspiegelschicht 6a insbesondere in Form eines Streifens zu einem auf einem Substrat 1 ausgebildeten zweiten Kontaktbereich 2b, der von einer Beschichtung 7 zur Versiegelung oder Verkapselung bedeckt sein kann. Beispielhaft ist eine elektrische Leiterbahn 9 dargestellt, an die der zweite Kon- taktbereich 2b elektrisch angeschlossen sein kann. Die Metall spiegelschichten 6a und 6b können ein gleiches Material oder einen gleichen Schichtenstapel aufweisen.
Figur 86 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines vorge- schlagenen Arrays im Querschnitt einer Y-Z-Ebene. Im Unterschied zu Figur 84 ist hier eine m-Reflektor-Struktur 4b mit einer zweiten Metallspiegelschicht 6b entlang deren gesamten ur sprünglich freien Oberfläche bedeckt. Das heißt, nicht ledig lich die Flanken, sondern ebenso die einem Substrat 1 abgewandte Haupt-Oberfläche, sind von einer zusammenhängenden zweiten Me tallspiegelschicht 6b bedeckt. Die m-LED der Figur 86 sind in gleicher Weise aufgebaut wie in Figur 84.
Figur 87 zeigt nochmal die wesentlichen Aspekte der m-LED im Querschnitt entlang der Y-Z-Ebene. An einer Seite eines sich entlang einer X-Y-Ebene erstreckenden Substrats 1 ist ein erster Kontakt 2a mit einer Halbleiterschicht 3a der m-LED verbunden. In der Schicht 3a befindet sich auch die aktive Zone ein zweiter Kontakt wird durch die transparente Schicht 5 gebildet, die elektrisch leitend an die ersten Metallspiegelschicht 6a ange schlossen ist. Entlang der X-Y-Ebene, um den Körper 3a herum ist, mechanisch diesen kontaktierend, die elektrisch isolie rende Einfassung 4a' ausgebildet, an der entlang die Kontakt schicht 5 und die erste Metallspiegelschicht 6a, insbesondere streifenartig, verläuft.
Das Substrat 1 kann selber ein Halbleiter sein und dort elekt rische Strukturen zur Ansteuerung enthalten. Alternative kann es auch als Passiv-Matrix- oder Aktiv-Matrix-Backplane erzeugt sein und beispielsweise Glas, ein Polyimid oder PCBs (Printed Circuit Boards; Leiterplatten) aufweisen. Der erste Kontaktbe reich 2a für den Kontakt nahe dem Substrat kann beispielsweise Mo, Cr, Al, ITO, Au, Ag, Cu sowie Legierungen daraus aufweisen. Der zweite Kontaktbereich 2b für den zu dem Substrat 1 abge wandten zweiten Kontakt der m-LED 3a kann ebenso beispielsweise Mo, Cr, Al, ITO, Au, Ag, Cu sowie Legierungen daraus aufweisen.
Die hier dargestellten m-LEDs sind entweder gleiche oder mit unterschiedlichen Materialsystemen realisiert, so dass diese im Betrieb unterschiedliche Farben emittieren. Beispielsweise kön nen auf dem Substrat 1 rote, grüne und blaue (RGB) , rote, grüne, blaue und weiße (RGBW) angeordnet werden. Durch Konvertermate rialien lassen sich gleiche Leuchtdioden verwenden, die dennoch unterschiedliches Licht erzeugen. Bezugszeichen 4a' bezeichnet den Rest einer Planarisierungsschicht 4 zur Bereitstellung ei ner Einfassung 4a', an die eine Kontaktschicht 5 für einen Top- Kontakt angebracht werden kann. Die Einfassung 4a' kann optional ebenso Mesakanten der Halbeiterschichten des Körpers 3a bei spielsweise mittels Spin-on-Dielektrika oder mittels eines Pho toresist (eines Fotolacks) passivieren.
Figur 88 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays im Querschnitts entlang einer Y-Z-Ebene. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 84 und zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 86 sind hier keine m-Reflektor-Strukturen 4b ausgebildet. Hingegen ist eine Be schichtung 7 zur Versiegelung/Verkapselung der kontaktierten m- LEDs 3a, 3b und/oder zur optischen Auskopplung ausgebildet. Element ist hier strukturiert (nicht dargestellt) und weist aus der Oberseite eine photonische Kristallstruktur auf, so dass die Abstrahlcharakteristik verbessert wird. Die Schicht 7 ist elektrisch von den anderen Strukturen isoliert. Die Beschich tung 7 kann Streupartikel oder Konvertermaterialien aufweisen Sie wird im Regelfall nach der Herstellung der m-LEDS aufge bracht und dann planarisiert .
Figur 89 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays im Querschnitt entlang einer Y-Z-Ebene. Dabei ähnelt diese Darstellung, der von Figur 88. In Ergänzung zu dieser ist unter einer Beschichtung 7, die zur Versiegelung/Ver kapselung des kontaktierten lichtemittierenden Körpers 3a, 3b und/oder zur optischen Auskopplung angebracht wurde, zwischen den m-LEDs 3a, 3b ein schwarzer Verguss 8 ausgebildet. Es sind hier keine beschichteten m-Reflektor-Strukturen 4b dargestellt. Diese m-Reflektor-Strukturen 4b können an anderen hier nicht dargestellten Bereichen des Arrays ausgebildet sein.
Figur 90 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Arrays in einer Draufsicht mit einer Vielzahl derartiger m-LEDs die jeweils zusammengefasst 4 Pixel bilden. Dieses Ausführungsbeispiel be trifft insbesondere die Form und die Anordnung der m-Reflektor- Strukturen 4b. Gemäß Figur 90 wird jedes Subpixel mit einer m- LD, einzeln von einer eine zweite Metallspiegelbeschichtung 6b aufweisenden m-Reflektor-Struktur 4b umrahmt. Der Abstand zwi schen m-Reflektor-Struktur 4b und jeweiligen m-LED beträgt in diesem Beispiel das 5-fache der Chipkantenlänge. Es sind jedoch auch andere Abstände möglich, insbesondere kann das Subpixel von der m-Reflektor-Struktur mit einem Abstand von nur einem pm umgeben sein.
Jeder Pixel umfasst drei Subpixel 3a, 3b und 3czur Emission von rotem, blauem und grünem Licht. Die Pixel sind in ihrer Form gleich ausgestaltet und in Spalten und Reihen angeordnet. Sie bilden so ein m-Display oder ein Modul eines solchen. Zur Ver meidung von sichtbaren Artefakten während der Lichtemission, die durch periodische Subpixelanordnung auftreten können, kön nen die Subpixel 3a, 3b und 3c entgegen der hier gezeigten Darstellung unterschiedlich oder permutierend angeordnet sein. Zudem ist die Form der m-Reflektor-Strukturen 4b nicht auf quad ratische Grundrisse.
Figur 91 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines vorge schlagenen Arrays in einer Draufsicht. Die m-Reflektor-Struk turen 4b sind hier derart gestaltet, dass diese ein gesamtes Pixel, beispielsweise mit den m-LEDs 3a, 3b, 3c, umschließen. Wegen des nun unterschiedlichen Abstandes sind die Flankenwin kel der beschichteten m-Reflektor-Strukturen 4b gegenüber der Ausführung der Figur 90 unterschiedlich. Je nach Bedarf ist eventuell auch der Flankenwinkel der zentral angeordneten m- Reflektor-Strukturen anders als der umgebende Rahmen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, das in beiden Ausführungen deutlich mehr derartige Strukturen zusammengefasst und als Pixel ausge bildet werden.
Figur 92 bis Figur 93 zeigt weitere Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Bauelements OB, wie sie als Subpixel ausge staltet und zusammengefasst werden können. In Figur 92 ist die m-LED mit einer zusätzlichen Metallspiegel schicht 6c an der Seitenflanke der Einfassung 4a ausgebildet. Die Seitenflanke bildet einen Pyramidenstumpf und läuft nach oben hin zu. Die Metallspiegelschicht kann zusätzlich auch als Kontaktierung für den Kontakt 5 dienen. Figur 93 zeigt das bereits beschriebene zweite Ausführungsbeispiel. Figur 94 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Bei diesem sind die Flanken der Reflektor-Struktur 4a ebenfalls abgeschrägt, jedoch so, dass der Umfang mit zunehmenden Abstand vom Träger 1 zunimmt. Durch die Flankenform und deren Steilheit wird die Auskoppelung des Lichtes aus der Körper eingestellt.
Figur 95 zeigt ein weitergebildetes Ausführungsbeispiel basie rend auf der dritten Ausführung nach Figur 94 in einer Drauf sicht. In diesem Beispiel ist die auf die Reflektor-Struktur 4a aufgebrachte zweite Metallspiegelschichten 6c ist von einer schwarzen Schicht 8, insbesondere einem schwarzen Verguss, um fasst und eingerahmt. Diese kann sich beispielsweise insbeson dere in der Nähe des Substrats 1 am Fuß einer Reflektor-Struktur 4a erstrecken. Zusätzlich ist eine Beschichtung 7 zur Versie- gelung und optischen Auskopplung auf der Oberfläche abgeschie den. Die Flanke der m-Reflektor-Struktur 4a ist von einer zwei ten Metallspiegelschicht 6c bedeckt. Ausgehend von einer Kon taktschicht 5 verläuft eine erste Metallspiegelschicht 6a ins besondere in Form eines Streifens zu einem auf einem Substrat 1 ausgebildeten zweiten Kontaktbereich 2b, der von einer opti schen transparenten Beschichtung 7 zur Versiegelung oder Ver kapselung bedeckt sein kann. Beispielhaft ist eine elektrische Leiterbahn 9 dargestellt, an die der zweite Kontaktbereich 2b elektrisch angeschlossen ist. Die Metallspiegelschichten 6a und 6c können ein gleiches Material oder einen gleichen Schichten stapel aufweisen.
Figur 83 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements OB und einer m-LED. Die dargestellten Schritte sind auf eine Vielzahl von einzelnen m-LEDS anwendbar, so dass diese in grö ßerer Anzahl gemeinsam herstellbar sind. In einem ersten Schritt S1 wird ein erster Kontaktbereich 2a und eines zweiten Kontaktbereich 2b an einer Seite eines Sub strats oder Trägers ausgeführt. Der Träger kann seinerseits Schaltungen oder weitere innere Strukturen aufweisen. Die Kon taktbereiche können unter anderem hergestellt werden, indem eine Fotolackschicht strukturiert und die danach nicht belichteten Bereiche entfernt werden, so dass Teile des Substrates freilie gen. Darauf werden die Kontaktbereiche 2a und 2b abgeschieden, eine metallische Schicht abgeschieden. Ebenso wird ein Körper 3a auf einem der Kontaktbereiche aufgebracht. Der Körper 3a umfasst zwei gegensätzlich dotierte Halbleiterschichten mit ei ner dazwischen angeordneten aktiven Schicht zur Erzeugung von Licht. In einigen Aspekten kann dieser Körper separat herge stellt und dann mittels eine Transferverfahrens auch diesen Bereich übertragen werden. In einem anderen Aspekt werden die Schichten auf der Oberfläche des Substrats 1 aufgebracht, struk turiert und so die Körper gebildet.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Planarisierungsschicht 4 zum Ausbilden einer m-Reflektor-Struktur 4b aufgebracht, die den Körper 3 vollständig umgibt. Gegebenenfalls wird die Schicht 4 planarisiert , um so mit der Oberfläche des Körpers 3a planar zu sein. Anschließend wird die Schicht 4 strukturiert, so dass eine Einfassung 4' um den Körper 3 erzeugt wird. Diese Einfas sung reicht im Wesentlichen an den zweiten Kontaktbereich 2b. Zudem wird eine weiter entfernte Umrandung 4b geschaffen. Die Seitenflanken der Umrandung sind abgeschrägt. Über die Flan kensteilheit kann eine Lichtauskopplung bzw. die Reflexions richtung gesteuert werden. In Schritt S4 wird auf der Oberfläche des Körpers 3a und benachbarten Bereichen eine Kontaktfläche 5 aufgebracht. Diese umfasst ein transparentes aber leitfähiges Material
Mit einem fünften Schritt S5 erfolgt schließlich ein Aufbringen einer elektrisch verbindenden Metallspiegelschicht 6a an die Kontaktschicht 5. Die Metallspiegelschicht erstreckt sich über die Einfassung 4a' bis auf den zweiten Kontaktbereich 2b und kontaktiert diese. Zudem wird gleichzeitig aus eine zweite Me tallspiegelschicht 6b auf den Seitenflanken der m-Reflektor- Struktur 4b aufgebracht. Durch eine Strukturierung und Prozes- sierung bleibt die Oberfläche des umlaufenden Stegs 4 frei von dem Metall. In anderen Ausführungen kann dies auch an der struk turiert sein, um einen elektrische Verbindung zwischen der Me tallspiegelschicht auf beiden Seitenflanken zu erhalten. Figur 96 zeigt einen Ausschnitt eines m-Displays mit mehreren m-LEDs und einer als gemeinsame Kathode ausgebildeten transpa renten Kontaktierungsschicht in Draufsicht.
In Figur 97A ist die Vielzahl der individuellen Kontaktierungen in einer gemeinsamen Kontaktierungsschicht 16 zusammengefasst. Diese Kontaktierungsschicht 16 ist flächig ausgeführt, zumin dest teilweise elektrisch leitend und kontaktiert als gemein same Katode jeweils die Oberseiten und die elektrischen Kontakte 20 der m-LEDs 18 an deren Oberseite. Durch die teiltransparente Ausführung der Kontaktierungsschicht 16 kann Licht, das von der m-LED 18 ausgesendet wird, durch die Kontaktierungsschicht 16 zumindest teilweise passieren. Entsprechend ergibt sich in ei nem Aspekt eine Anordnung beziehungsweise Kontaktierung von vertikalen m-LEDs mit einer transparenten und elektrischen Deck- Schicht.
Es ist zu erkennen, dass aufgrund der Kontaktierungsmöglichkeit der m-LEDs 18 durch den Kontakt 20 auf ihrer jeweiligen Ober seite die bisher notwendigen Leiterstrukturen 14 für die Katode entfallen können und somit mehr Platz zur Verfügung steht. Zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktierungsschicht 16 ist im hier gezeigten Beispiel ein Anschlussleiter 20 für die Kontak tierungsschicht 16 vorgesehen. Durch die gemeinsame Kontaktie rungsschicht 16 kann das Prozessieren individueller Einzelkon- taktierungen für jede einzelne m-LED 18 entfallen und stattdes- sen mit einer einfacher herzustellenden gemeinsamen Kontaktie rungsschicht 16 realisiert werden.
Figur 97B zeigt eine erfindungsgemäß weiterentwickelte Variante des optischen Pixelelementes 10. Der grundsätzliche Aufbau ent spricht dem Pixelelement gemäß Figur 97A, wobei eine gemeinsame Kontaktierungsschicht 16 zusammen mit einem Anschlussleiter 20 die gemeinsame Katode für die darunterliegenden m-LEDs 18 bil det. An der Kontaktierungsschicht 16 sind im hier gezeigten Beispiel zwei parallel verlaufende Leiterbahnen 26 vorgesehen.
Diese Leiterbahnen 26 weisen eine höhere elektrische Leitfähig keit auf, als das Material der Kontaktierungsschicht 16, sodass ein Gesamtwiderstand der Gesamtanordnung aus Kontaktierungs- Schicht 16 und Leiterbahn 26 im Vergleich zur Kontaktierungs schicht 16 verringert ist. Die Leiterbahnen 26 überbrücken also mit anderen Worten Bereiche der elektrisch schlechter leitenden Kontaktierungsschicht 16. Grundsätzlich können die Leiterbahnen 26 in verschiedensten Formen ausgeführt sein, beispielsweise gerade, gebogen, mäanderförmig und Ähnliches und auch in ihrer Breite und Dicke variieren.
Die Leiterbahn 26 kann auch als Zusammenfassung einer Vielzahl von einzelnen dünnen Leitern analog zur Litze ausgeführt sein. Es ist zu erkennen, dass die Leiterbahnen 26 außerhalb eines primären Abstrahlbereiches 28 (siehe Figur 98A und Figur 98B) angeordnet sind, sodass sie einen Austritt von Licht vom Pi xelelement 10 bzw. von den m-LEDs 18 nicht abschatten oder behindern.
In Figur 98A ist ein Aufbau eines Pixelelementes 10 gezeigt, bei dem Leiterstrukturen 12 für die Anode parallel zu Lei terstrukturen 14 für die Katode auf einem Trägersubstrat 22 parallel zueinander angeordnet sind. Im Gegensatz zum Aufbau des bekannten Pixelelementes 10 aus Figur 96 mit horizontalen m-LEDs (deren Kontakte auf der Unterseite die Leitungen 14 und 12 direkt kontaktieren) ist hier der obere, d.h. vom Trägersub strat abgewandte Kontakt der jeweilige m-LED 18 über eine teil- transparente Kontaktierung mit der Leiterstruktur 14 der Katode verbunden. Zusätzlich ist hier für jede m-LED 18 ein Strahlfor mungselement 32 vorgesehen. Dieses Strahlformungselement 32 kann auch als sogenannte Auskoppelstruktur verstanden werden. Diese Darstellung ähnelt also insoweit den Ausführungsformen der Figuren 90 oder auch 95 und weiteren. Die Kontaktierung kann auch ähnlich realisiert werden.
Aufgrund der geometrischen Ausführung des Strahlformungselemen tes, beispielsweise als um den die m-LED 18 umlaufende Struktur, ist für eine wünschenswerte Form des abgestrahlten Lichts eine bestimmte Größe der Öffnung notwendig. Diese Größe kann wiederum bedingen, dass es in einem Überlappungsbereich 30 zu unerwünsch ten räumlichen Überschneidungen zwischen der Leiterstruktur 14 der Katode und dem Strahlformungselement 32 kommen kann. Dies ist insbesondere deswegen möglich, da sowohl Leiterstrukturen 12 für die Anode als auch Leiterstrukturen 14 für die Katode gleichzeitig auf dem Trägersubstrat 22 vorgehalten werden müs sen .
Es sei erwähnt, dass die Leiterstrukturen 12 für die Anode und die Leiterstrukturen 14 für die Katode auch jeweils umgekehrt zugeordnet werden können. Dies bedeutet, dass der elektrische Kontakt 20 der m-LEDs 18 an der Oberseite als Katode oder als Anode ausgeführt werden kann. Entsprechend sind die Leiterstruk turen 12, 14 entsprechend als Anoden-Leiterstruktur oder als Katoden-Leiterstruktur auszuführen .
Figur 98B zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Pixelelementes 10 aus Figur 97B mit zwei parallel verlaufenden Leiterbahnen 26. Die vertikalen m-LED kontaktieren einerseits die Kontakt bahnen 12 und andererseits die leitende transparente Schicht (hier nicht dargestellt). Durch den Wegfall der Leiterstruktu ren 14 steht mehr Platz für Strahlformungselemente 32 zur Ver fügung, sodass keine unerwünschte Überlappung oder elektrische Kontaktierung stattfindet.
In Figur 99 ist eine weitere Ausführungsform des optischen Pi xelelementes 10 gezeigt. Während der grundsätzliche Aufbau des Pixelelementes mit m-LEDs 18, Leiterstrukturen 12 für die Anode und einem Trägersubstrat 22 dem in Figur 97A gezeigten Beispiel entspricht, ist hier die Leiterbahn 26 als durchgängige Fläche über eine Vielzahl von m-LEDs 18 ausgeführt. Im Bereich der jeweiligen primären Abstrahlbereiche 28 sind Aussparungen 34 vorgesehen, die zur Strahlformung dienen sollen. Mit anderen Worten sollen diese Aussparungen 34 ein Durchleiten des von der jeweiligen m-LED 18 emittierten Lichts dienen. Auf diese Weise können separate Strahlformungselemente 32 (siehe beispielsweise Figur 183) entfallen, da diese Funktion nun durch die Ausspa rungen 34 übernommen werden kann. In Figur 100A ist der Aspekt der Strahlformung für Licht, das von einer m-LED 18 ausgesendet wird, näher erläutert. In einer vertikalen Schnittdarstellung ist eine auf einem Trägersubstrat 22 (nicht gezeigt) angeordnete m-LED 18 zu sehen. Diese sendet Licht quer zu einer Trägersubstratebene 36 in eine Richtung weg vom Trägersubstrat 22 aus. Im hier gezeigten Beispiel hat die m-LED eine herzförmige Ausbreitungscharakteristik. Wünschens wert ist allerdings, dass das Licht lediglich in einem primären Abstrahlbereich 28 der m-LED 18 abgestrahlt wird. Zur Abschat- tung unerwünschter Lichtanteile werden hier eine oder mehrere Leiterbahnen 26 genutzt. Diese können an der unter Seite re flektierend oder absorbierend ausgestaltet sein. In einem an deren Aspekt umfasst die Leiterbahn an ihrer Unterseite eine lichtabsorbierende Schicht 38 aufweisen. Durch diese Schicht können weitere unerwünschte Reflexionen oder Crosstalk zwischen benachbarten m-LEDs 18 verhindert oder verringert werden.
In einer alternativen Ausgestaltung ist in Figur 100B darge stellt. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass eine trans- parente leitende Schicht 38a wie in Figur 100B dargestellt zum Teil über die m-LED überlappt und so den obenliegenden Kontakt sicher anschließt. Gleichzeitig wird durch die reflektierende Leiterbahn eine Strahlformung erreicht. In Figur 101A ist ein vertikaler Schnitt durch ein Pixelelement 10 in Längsrichtung gezeigt. Zu erkennen sind drei m-LEDs 18, die über Anodenkontakte 40 mit einem Trägersubstrat und der entsprechenden Leiterstruktur 12 für die Anode verbunden sind. Eine Planarisierungsschicht 42 weist eine Höhe von beispiels- weise 2-4 pm auf. Durch den insgesamt ebenen Aufbau kann auch eine Höhe der m-LEDs samt Anodenkontakt 40 in diesem Größenbe reich liegen. Auf einer Oberseite ist eine flächige elektrisch zumindest teilweise leitende und zumindest teilweise für Licht transparente Kontaktierungsschicht 16 vorgesehen. Da die Kontaktierungsschicht 16 einen gemeinsamen Kathodenan schluss oder Anodenanschluss darstellt, muss dieser entspre chend mit den externen Anschlusselementen elektrisch verbunden sein. Ein Verbindungselement 44 soll hierfür eine elektrische Verbindung der Kontaktierungsschicht 16 mit einem Anschlussele ment des Trägersubstrats 22 schaffen. Diese ist in diesem Bei spiel am Rand des Pixelelementes 10 angeordnet. Ein Anschlus selement des Trägersubstrats 22 kann beispielsweise eine geeig nete leitende Fläche oder auch Leiterstrukturen sein, die bei- spielsweise einen Anschluss externer Komponenten oder Zuleitun gen für das Pixelelement 10 erlauben.
In Figur 101B ist das Pixelelementes 10 der Figur 101A darge stellt, wobei die Ansicht um 90° gedreht ist. Hier ist zusätz- lieh eine Leiterbahn 26 zu erkennen, die in einem Zwischenraum zwischen zwei Emitterchips 18 angeordnet ist, sodass sie sich außerhalb eines primären Abstrahlbereiches 28 (siehe beispiels weise Figur 100A) der jeweiligen m-LED 18 befindet. Hier und in den folgenden Figuren 101C bis 101G sind jeweils Verbindungs- elemente 44 am Rand des Pixelelementes 10 vorgesehen.
Figur 101C und Figur 101D zeigen Beispiele, wie die Leiterbahn 26 an der Kontaktierungsschicht 16 angeordnet sein kann. In Figur 101C ist die Leiterbahn 26 einerseits teilweise in die Planarisierungsschicht 42 eingelassen, andererseits an der Un terseite der Kontaktierungsschicht 16 angeordnet. Hierbei ist die Kontaktierungsschicht 16 mit einer stufigen Erhöhung über die Leiterbahn 26 prozessiert. Das Ausführungsbeispiel des Pixelelementes 10 in Figur 101D entspricht grundsätzlich dem Aufbau des Pixelelementes 10 in Figur 101C, wobei hier die Kontaktierungsschicht 16 durchgängig eben ausgeführt ist und die Leiterbahn 26 an einer Unterseite der Kontaktierungsschicht 16 vorgesehen ist. Hierbei ist die Leiterbahn 26 in einen Bereich der Planarisierungsschicht 42 eingelassen .
In Figur 101E ist die Planarisierungsschicht 42 in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Emitterchips 18 unterbrochen. Dies bietet die Möglichkeit, die Leiterbahn 26 direkt auf dem Trä gersubstrat 22 anzuordnen. Die Kontaktierungsschicht 16 ist demnach als darüber liegende Schicht vorgesehen. Diese Ausfüh rungsvariante kann beispielsweise eine einfachere Bereitstel- lung der Leiterbahn 26 bereits mit der Herstellung des Trä gersubstrats 22 ermöglichen.
Figur 101F und Figur 101G zeigen jeweils ein Beispiel für die Anordnung von m-LEDs 18 in Kavitäten 46 des Pixelelementes 10 bzw. des Trägersubstrats 22. Anstatt einer Kavität kann auch eine Erhebung vorgesehen sein. Letztere Ausführungsform ähnelt der Form in Figuren 103A bis 105.
Figur 101H stellt eine ergänzende Ausführung eines Pixels zur vorherigen Figur dar, bei der ein verbleibender Raum innerhalb der Kavität mit jeweils einem Konvertermaterial 35r und 35 aus gefüllt ist. Das Konvertermaterial erstreckt sich bis zur De ckelektrode es kann dann aber auch noch oberhalb der Deckelekt rode vorgesehen sein, um auch Licht das nach oben hin abstrahlt zu konvertieren. Auf diese Weise kann auch mit dem Konverter material eine planare Oberfläche geschaffen werden. In einer Ausgestaltung ist das Konvertermaterial mit Quantendots reali siert, die in die Kavität als Pulver oder als Emulsion gefüllt werden. Quantendots können z.T. deutlich kleiner als einige herkömmliche anorganische Farbstoffe in Pulverform gebildet werden, so dass sie auch für m-LED geeignet sind.
Optional können Leiterbahnen 26 in den Erhöhungen 48 zwischen zwei Kavitäten 46 vorgesehen sein. Die Anordnung der m-LEDs 18 in Kavitäten 46 kann insbesondere Vorteile hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik haben, da insbesondere in seitlicher Richtung emittiertes Licht an Seitenflächen der Erhöhungen 48 der Kavitäten reflektiert werden kann.
In Figur 102A ist die Seitenfläche der Erhöhung 48 glatt aus geführt, sodass seitlich von einer m-LED 18 austretendes Licht beispielsweise einmalig reflektiert wird und vorteilhaft in Richtung weg vom Trägersubstrat 22 abgelenkt wird. In Figur 102B ist ein Material der Seitenfläche der Erhöhung 48 derart aus geführt, dass es mehrfache Reflexionen des auftreffenden Lichts in verschiedene Richtungen verursacht. Die Erhöhungen 48 sind in den Figuren 102A und 102B jeweils am Rande eines Pixelele mentes 10 bzw. am Rande einer Anordnung aus mehreren m-LEDs 18 platziert .
Figur 102C zeigt ein Beispiel, bei dem Erhöhungen 48 jeweils zwischen zwei benachbarten m-LEDs 18 vorgesehen sind. Durch die optische Trennung der jeweiligen m-LED 18 innerhalb eines Pi xelelementes 10 durch die Abschattungswirkung der Erhöhung 48 kann beispielsweise ein Übersprechen oder Crosstalk und somit unter anderem ein verbesserter Kontrast eines Displays erreicht werden. Auch diese Ausführungen der Figuren 101 ähnelt den Bei spielen der Figuren 103A bis 105. Entsprechend können die ver schiedenen Aspekte der dort gezeigten Ausgestaltungen miteinan der kombiniert werden.
Die weiter oben vorgestellten Aspekte für einen reflektierenden Spiegel können auch auf andere Designs von m-LED Realisierungen angewendet werden, beispielsweise auf die im Folgenden darge stellten vertikalen m-LEDs mit umlaufender Struktur. Figur 103A zeigt dabei eine Ausführung einer Pixelzelle mit einer gemein samen Deckelektrode und umlaufender Struktur, die zum einen durch eine geeignete Stromführung schnelle Schaltzeiten erlaubt und zum anderen durch eine Verspiegelung das erzeugte Licht in eine Hauptabstrahlrichtung abstrahlt. Die Anordnung nach Figur 103A zeigt drei sogenannte m-LED Rohchips, wobei ein erster Rohchip 1 rotes Licht, ein zweiter Rohchip grünes Licht und ein dritter Rohchip blaues Licht bereitstellt. Sie bilden somit Subpixel einer Pixelzelle. Die einzelnen Rohchips sind der Ein- fachheit in Reihe dargestellt, es sind jedoch auch andere An ordnungen denkbar, beispielsweise in Dreieckform. Ferner sind die Rohchips gleich groß. Dabei kann ein, insbesondere würfel förmiger, Rohchip 1 eine Kantenlänge von circa 3 bis 70 pm, 5 bis 30 pm beziehungsweise 5 bis 20 pm aufweisen. Eine Höhe eines Rohchips 1 kann beispielsweise bevorzugt zwischen 0,5 pm - 5 pm, beziehungsweise 1 - 3 pm beziehungsweise circa 2 bis 3 pm liegen. Auch dies ist der Einfachheit geschuldet, da je nach Ausgestaltung auch unterschiedlich groß sein können. Jedoch sollten sie die gleiche Höhe aufweisen, damit weitere Prozess- schritte keine zusätzlichen Maßnahmen notwendig machen. Die p- LED Rohchips sind mit vertikaler Bauform ausgeführt, d.h. sie besitzen auf ihre beiden Kontakte auf verschiedenen Seiten, in der Figur dargestellt auf der Ober- bzw. Unterseite. Die m-LED Rohchips sind auf einem gemeinsamen Substrat 3 ange ordnet. Dazu sind die m-LED Rohchips mit ihrem ersten Kontakt mit einem hier nicht dargestellten kontakt auf oder in dem Substrat elektrisch verbunden. Das Substrat kann seinerseits ein Halbleitersubstrat oder auch eine Backplane oder ähnliches sein. In dem Substrat sind die Zuleitungen angeordnet, mit die an die Kontakte für die m-LED Rohchips führen. Neben Zuleitungen können auch Stromquellen und oder Ansteuerelektronik in dem Substrat ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise sind derartige Stromquellen für jeden m-LED Rohchip direkt unter diesem aus- gebildet. Dadurch ergibt sich ein gewisser Platz. Entsprechend dürfen die Schaltungen nur eine geringe Größe aufweisen. Bei spiele und Konzepte herfür werden in dieser Anmeldung offenbart und können in dem Substrat 3 vorgesehen werden. Ein Teil der Strukturen und Zuleitung sind in TFT Technik ausgeführt. Die Pixelzelle mit Ihren drei m-LED Rohchips ist einer Kavität eingebettet bzw. von einer Umrandung umgeben. Derartige Umran dungen sind beispielsweise auch in Figuren 90 und 91 zu sehen. Auf der linken und der rechten Seite der Figur 103A sind auf dem Substrat 3 Erhebungen 29 ausgebildet. Derartige einen Hohl raum oder Ausnehmungen bereitstellende Erhöhungen 29 können beispielsweise Polyimid oder ein anderes nichtleitendes Mate rial aufweisen. Sie umgeben die Rohchips zu allen Seiten und bilden somit die Umrandung des Pixels. Die Seitenwände sind leicht abgeschrägt und verlaufen so in einem Winkel zur Normalen der Oberfläche. Neben dem hier dargestellten linearen Verlauf der Seitenfläche können diese auch einen parabelförmigen Ver lauf zeigen.
Zwischen den erzeugten Erhebungen 29 und dem Substrat 3 ist zudem zur besseren mechanischen Festigkeit eine weitere elekt rische Isolationsschicht 25 vorgesehen. Auf der Isolations schicht bzw. der Erhebung 29 ist eine leitende Verspiegelungs- Schicht 7 aufgebracht. Diese erstreckt sich nicht nur über die Seitenfläche der Erhebung 29, sondern auch entlang eines Be reichs der Substratoberfläche sowie zwischen den m-LED-Roh- chips . Allerdings ist die Verspiegelungsschicht hier beab- standet, so dass ein Kurzschluss oder eine unbeabsichtigte Kon- taktierung mit den Rohchips vermieden wird. Zudem ist die Ver spiegelung auch auf einer Oberseite der Erhebung im Bereich 13 vorgesehen. Die Verspiegelung 7 ist als ein Metallspiegel aus geführt, der insbesondere Al, Ag und AgPdCu und der gleichen aufweisen kann. Weitere Materialien können Metalle oder Legie- rungen aus Al, Ag, Nd, Nb, La, Au, Cu, Pd, Pt, Mg, Mo, Cr, Ni, Os, Sn, Zn oder Legierungen bzw. Kombinationen hiervon sein.
Der Raum 15 zwischen der Erhebung bzw. in der Kavität und zwi schen des m-LED Rohchips ist nun mit einem transparenten, nicht leitfähigen Material 21 aufgefüllt und reicht bis zur Höhe der Kontakte 5 der m-LED Rohchips. Material 21 bildet eine Isola tionsschicht. Die Isolationsschicht kann mittels Spin-on-Glass oder ähnlichen Techniken aufgebracht werden. Je nach Bedarf kann dann das Isolationsmaterial bis auf die Höhe der Kontakte 5 und der Verspiegelungsschicht abgetragen werden, so dass diese frei liegen und eine planare Oberfläche gebildet wird. Schließlich ist auf den zweiten Kontakt 5 der m-LED Rohchips und der Iso lationsschicht 21 eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht erzeugt, die eine Deckelektrode 11 bereitstellt. Die transparente Schicht kann beispielsweise ITO und/oder IGZO und dergleichen aufweisen. Weitere Beispiele für Deckelektrodenma terial sind transparente leitfähige Oxide, wie beispielsweise Metalloxide, Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Indium dotiertes Zinnoxid (ITO), Aluminium dotiertes (AZO) , Zn2SnÜ4, CdSnÜ3, ZnSnÜ3, In4Sn3Üi2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide sein.
Die Deckelektrode 11 erstreckt sich über die gesamte Isolati onsschicht 21 und überlappt in den Bereichen 13 mit der Ver- spiegelungsschicht. Durch den großflächigen direkten Kontakt mit dem darunterliegenden Metallspiegel 7 wird eine gute Stromeinkopplung erzeugt, so dass die Strecke, die der Strom durch die transparente leitfähige Schicht 11 zurücklegen muss nur kurz ist. Dadurch wirkt sich der im allgemeinen größere Flächenwiderstand der transparente leitfähige Schicht 11 nicht so sehr aus. Durch die planare Oberfläche, auf die die De ckelektrode 11 aufgebracht wird, kann das Material auf einfache Weise aufgesputtert oder mittels eines „Spin-on-Glas (SOG)" Top- Kontakt-Prozesses aufgebracht werden. Dies ermöglicht eine planare Beschichtung mit der ITO-Deckelektrode 11, sodass Ab risskanten beispielsweise bei einem sogenannten Thermoschock- Test vermieden werden. Zweckmäßig ist bei dieser Herstellung jedoch, dass sowohl die Verspiegelung 7 als auch die Kontakte 5 freiliegen und von dem Material 11 direkt kontaktiert werden. Figur 104 zeigt eine Draufsicht der Ausführungsform nach Figur 103A. In der Mitte der Anordnung sind die drei m-LED in Reihe aufgebaut. Diese sind mittels einer Deckelektrode 11 kontak tiert, die in einem Überlappungsbereich 13 mit einer Verspie- gelung 7 oder einer Metallspiegelschicht elektrisch kontaktiert ist. Die Umrandung durch die Erhebung bzw. die Kavität ist im Wesentlichen quadratisch. Dadurch ergibt sich ein geringerer Abstand der beiden äußeren m-LED Rohchips von der Erhebung. In einer Ausgestaltung kann es zweckmäßig sein, die Umrandung eher als Rechteck auszubilden. Dies ist in der Figur 104 durch die gestrichelten Bereiche 13a angedeutet, in denen die Erhebung liegt und in denen die Deckelektrode mit der Verspiegelung in Kontaktsteht. Dadurch wird die Distanz zwischen den m-LED Roh chips und der Umrandung gleichmäßiger.
Figur 105 zeigt eine Anordnung von mehreren Pixeln PI, P2 , P3... Pn, die entlang einer Reihe angeordnet sind. Die Pixel P sind voneinander durch eine Erhebung getrennt, so dass ein optisches Übersprechen zumindest reduziert wird. Im Querschnitt sind für jedes Pixel drei m-LED-Rohchips 1 ausgebildet, welche im Betrieb zur Abgabe von Licht unterschiedlicher Wellenlänge ausgebildet sind. Diese sind zwischen einem Substrat 3 und einer Deckelekt rode 11 fixiert und elektrisch kontaktiert. Der direkte elekt rische Kontakt der Deckelektrode 11 mit der Verspiegelung 7 ist gemäß der Ausführungsform gemäß Figur 103A ausgebildet.
Die Verspiegelung 7 ist auf jeder der die Pixel trennenden Erhebung mit der Deckelektrode 11 elektrisch verbunden. Außer halb der Pixelzellen und der Reihe der Pixel ist die Verspie- gelung an eine ganz linke liegende Steuerungskontakt 9 des Sub strats 3 geführt. Der Steuerungskontakt 9 bildet einen Kontakt bereich aus, an dem eine weitere Kontaktierung erfolgen kann. In anderen Beispielen ist der Kontakt 9 in das Substrat geführt, in dem weitere Schaltungen und Ansteuerungselemente angeordnet sind. Aufgrund des geringen Flächenwiderstands durch die metal lische Verspiegelung ist der gesamte Spannungsabfall über die Zuleitungen reduziert. Bei einer geeignet geführten Stromfüh rung werden parasitäre Kapazitäten verringert und es können Schaltzeiten für die Ansteuerung der m-LED Rohchips wirksam verringert werden. Durch die in Figur 105 dargestellte Pixela nordnung kann weiter ein optisches Streuen zwischen Pixeln und damit ein sogenanntes optisches Übersprechen minimiert werden. Figur 106 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer vorgeschlage nen Vorrichtung. Dabei zeigen zu Figuren 103A bis 105 gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale. Bei dieser Ausgestaltung ist auf dem Substrat keine Erhebung bzw. Kavität vorgesehen, d.h. die Verspiegelung und die Zuleitung verlaufen im Wesentlichen planar entlang der Oberfläche des Substrats 3. Auf dem Substrat 3 sind drei m-LED- Rohchips 1 angeordnet und elektrisch mit nicht dargestellten Kontakten verbunden. Die die Rohchips 1 umschließende Verspiegelung 7 ist mittels einer transparenten aber elektrischen Isolationsschicht 25 von dem Substrat 3 elektrisch getrennt. Die m-LED-Rohchips sind von einer Isola tionsschicht 21 umgeben. Dieses ist transparent und erstreckt sich bis zur Höhe der Kontakte 5 der m-LED-Rohchips in jede Richtung über das Substrat. Die oberen Kontakte der m-LED-Roh- chips 1 sind mittels einer Deckelektrode 11 elektrisch kontak- tiert, die als transparenter ITO-Deckkontakt ausgeführt ist und auf der Isolationsschicht aufliegt. Weiterhin sind in über der Verspiegelungsschicht 7 mehrere leitende Durchkontaktierungen geschaffen, die Verspiegelungsschicht 7 mit der Deckelektrode 11 elektrisch kontaktiert. Die Durchkontaktierungen sind mit einem Metall gefüllt, um weiterhin den Flächenwiderstand gering zu halten.
In einigen Aspekten sind die Durchkontaktierungen lediglich Öffnungen in der Isolationsschicht. Jedoch können auch Gräben oder ähnliches in der Isolationsschicht vorgesehen werden, die bis zur Verspiegelungsschicht 7 reichen. Werden diese zumindest teilweise umlaufend um das Pixel ausgebildet und anschließend mit einem reflektierenden Material gefüllt, kann neben einer guten Stromeinkopplung auch eine Lichtführung erreicht werden. in dieser Ausführung spielt die Höhe der m-LED-Rohchips eine geringere Rolle, sofern diese gleich hoch sind, da sie nicht an eine Kavität oder Erhebung angepasst sein müssen.
Figur 107 zeigt wiederum die in Figur 106 dargestellte Struktur in Draufsicht. Das Pixel ist als Quadrat ausgeführt, so dass die Distanz bei dem mittleren Rohchip zu den Rändern des Pixels ungefähr gleich ist. Bezugszeichen 5 kennzeichnet die elektri schen Kontakte 5 der m-LED-Rohchips 1 zur transparenten De ckelektrode 11. Auch hier kann eine Verspiegelung 7 (nicht ge- zeigt) den Bereich um die m-LED-Rohchips umgeben.
Figur 108 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorge schlagenen Vorrichtung im Querschnitt. Gemäß diesem Beispiel ist die Deckelektrode 11 als ein ITO-Deckkontakt ausgebildet, die wiederum planar über den Kontakten 5 jedes m-LED-Rohchips aufgebracht wurde. Eine Isolationsschicht 21 umgibt jeden Roh chip. Im Randbereich des Pixels ist die Isolationsschicht jedoch abgetragen und besitzt eine schräg verlaufende Seitenkante. Dadurch wird eine Öffnung 19 gebildet, die bis zu der Verspie- gelungsschicht 7 reicht und diese in einem größeren d.h. nicht nur punktförmigen Bereich freiliegt. Je größer dieser freilie gende Bereich, größer ist der spätere Kontaktereich mit der Deckelektrode 11. Mit anderen Worten wird die planare Isolationsschicht im Bereich zwischen zwei Pixeln und über der Verspiegelungsschicht 7 ent fernt. Dies kann durch einen Ätzprozess, beispielsweise mit RIE erfolgen. Die erzeugten Öffnungen 19 weisen Flanken 23 mit fla chem Öffnungswinkel auf. Nach dem Öffnen wird die Deckelektrode 11 auf die Isolationsschicht aufgebracht und erstreckt sich so über die planare Oberfläche und die Seitenfläche der Isolati onsschicht. Alternativ kann auch eine Metallschicht auf die Seitenfläche aufgebracht werden, welcher die Deckelektrode 11 an der oberen Kante der Isolationsschicht kontaktiert.
Bei einer dickeren Isolationsschicht 21 sollte die Öffnung 19 mit seiner Seitenflanke so gestaltet sein, dass der obere Winkel □ relativ flach ist, d.h. vergleichbar einen umgedrehten flachen Kegel darstellen. Durch den flachen Abkantwinkel □ vermeidet ein „Abreißen" der ITO-Schicht 11 an der Kante der Öffnungen 19. Gleiches gilt für den Winkel zwischen der Seitenflanke und der Verspiegelungsschicht 7.
Das erzeugte Pixelelement weist derartige Kontaktierungen und Überlappungen 13 an mehreren Stellen, insbesondere umlaufend auf, so dass die Subpixel beziehungsweise das Pixel ebenfalls eingehaust ist. Zudem können weitere nachfolgende Schicht (en) , beispielsweise eine Streuschicht, oder Klarlackschicht mit unterschiedlichem Brechungsindex in den Öffnungen bereitgestellt werden, die in dem Ausführungsbeispiel beispielsweise zu einer Verbesserung des Kontrastes führen, in dem die laterale Wellenleitung von Licht das aus den Chip- Seitenkanten emittiert wird zur Lichtauskopplung genutzt werden kann und nicht bis zu Nachbarpixein propagiert.
Figur 109 zeigt die Ausgestaltung gemäß Figur 108 in Draufsicht. Drei Subpixel, die jeweils von einem Mikro-Leuchtdioden-Rohchip 1 bereitgestellt werden, weisen an einer dem Substrat 3 abge wandten Seite elektrische Kontakte 5 auf. Diese können mittels einer transparenten Deckelektrode 11 nach außerhalb des Pixels elektrisch gekoppelt werden.
Figur 110 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung. Die drei m-LED-Rohchips 1 in Reihe angeordnet. Jeder der m-LED-Rohchip ist in dieser Ausführung als Pyramidenstumpf aus geführt. Seine Grundfläche wird mit zunehmender Höhe leicht geringer. Damit zeigen die m-LED Rohchips eine leicht abge schrägte Seitenflanke.
Die Oberfläche der Seitenflanken eines jeden der m-LED-Rohchips 1 ist mit einer dünnen transparenten und isolierenden Schicht 26 überzogen. Diese erstreckt sich jedoch nicht auf den oberen zweiten Kontakt 5, so dass dieser freiliegt. Die anorganische Isolationsschicht 26 kann beispielsweise mittels Chemical Vapor Deposition erzeugt sein. Alternativ die Schicht 26 ebenso mit ALD-basierte (Atomlagenabscheidung, Atomic Layer Deposition) Schichten wie SiNx, SiOx, AI2O3, Ti02, HfÜ2, TaÜ2 und ZrÜ2 derglei chen erzeugt sein. Die anorganische Schicht kann auch aus Multilagen bestehen, und zwar ALD- CVD-ALD oder CVD-ALD oder ALD - CVD. Auch die ALD-Schicht kann intrinsisch aus einem Multilagen-Schichtenstapel (einem sogenannten Nanolaminat) bestehen. So ein ALD-Nanolaminat würde dann aus einem Multilagenschichtstapel aus z.B. zwei verschiedenen ALD- Schichten und ALD-Materialien bestehen, wobei beispielsweise die Einzelschichten typischerweise nur 3 nm - 10 nm dick sind, und zwar gemäß A-B-A-B-A oder ähnlichem.
Im Nahbereich zum Substrat 3 sind auf elektrischen Isolations- schichten 25 Verspiegelungen 7 aufgebracht, die ebenso in der Nähe der Rohchips 1 ausgebildet sind. In ausreichendem Abstand zu den Rohchips sind auf der linken und auf der rechten Seite des Pixels Öffnungen 20 in der Isolationsschicht 26 ausgebildet. Dort liegt so die Verspiegelungsschicht 7 frei. Schließlich ist eine Deckelektrode aus dem leitfähigen transparenten Material auf der Oberseite und den seitenflanken aufgebracht. Diese er streckt sich auch über die Öffnungen in der Isolationsschicht 26, und stehen so großflächig in Verbindung mit der metallischen Schicht 7. Auf diese Weise kann der direkte elektrische Kontakt der Deckelektrode 11 mit der Verspiegelung 7 erzeugt werden. Figur 111 zeigt die Anordnung gemäß Figur 110 als Draufsicht. Gemäß Figur 111 sind drei Subpixel oder Rohchips 1 angeordnet, deren dem Substrat 3 abgewandten elektrischen Kontakte 5 mittels einer transparenten Deckelektrode 11 elektrisch kontaktierbar sind.
Figur 103B stellt eine Ausführung vor, die mit zusätzlichen Strukturen versehen ist. Die Anordnung ähnelt der Ausführung von Figur 103A, wobei auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird. Im Gegensatz zu der Ausführung sind jedoch hier drei m- LED-Rohchips der gleichen Art auf dem Substrat aufgebracht und elektrisch kontaktiert. Die m-LED-Rohchips sind ausgeführt im Betrieb Licht einer blauen Wellenlänge zu emittieren. Auf der Deckelektrode 11 ist eine strukturierte Isolationsschicht 30 aufgebracht. Diese verbessert die Auskoppelung des Lichts der m-LED-Rohchips . Da in dieser Ausführung m-LED-Rohchips der glei chen Art verwendet werden, muss das Licht in andere Farben konvertiert werden, um einen RGB Pixel zu erhalten. Zu diesem Zweck sind auf der Schicht 30 Konvertermaterialien aufgebracht, um das Licht in die geeignete Wellenlänge zu kon vertieren. Im Einzelnen ist dies eine erste Konverterschicht 31, die über dem linken blauen m-LED-Rohchip liegt. Über dem mittig angeordneten m-LED Rohchip ist eine grüne Konverter- Schicht 32 vorgesehen. Letztlich ist eine weitere transparente Schicht 33 über dem rechten m-LED-Rohchip angeordnet. Diese ist an sich nicht notwendig, jedoch wird durch die Transparente Schicht eine planare Oberfläche geschaffen. Die Konvertermate rialien enthalten einen anorganischen Farbstoff oder Quan- tendots. Um ein optisches Übersprechen zu reduzieren, sind die einzelnen Konverterschichten, bzw. die Konverterschicht 32 von der transparenten Schicht, durch eine dünne reflektierende Schicht 34 getrennt. Zwar besteht die Möglichkeit, dass auch Licht anderer Rohchips, als das direkt darunter angeordnete Bauelement in die Konverterschicht gelangt, jedoch kann dies durcheine niedrige Bauform oder durch eine Erhöhung der Leiter bahnstrukturen zwischen den Bauelementen verringert werden. Zu dem kann auch die Auskoppelschicht 30 so strukturiert sein, dass sie vermehr Licht auskoppelt, dass unter einem steilen Winkel, d.h. im Wesentlichen von unten in die Schicht 30 gelangt. Die Pixel hier sind recht nah zusammen angeordnet. Bei einem leicht größeren Abstand oder einer anderen Anordnung als in Reihe kön nen die Konverter und reflektierenden Schichten 31 bis 34 so angeordnet werden, dass sie gleichmäßig über das Pixel verteilt sind. Damit würden auch die äußersten reflektierende Schichten 34 über der Erhebung liegen.
Über der Konverterstruktur liegt nun eine oder mehrere weiter strukturierte Schichten 35, die sich (hier nicht dargestellt) auch teilweise in die Konverterstruktur erstreckt. In die Struk tur 35 kann das konvertierte Licht gut einkoppeln. Die struk turierte Schichten 35 dienen zur Lichtkollimation und -Formung, so dass konvertiertes oder unkonvertiertes Licht im Wesentli chen steil d.h. bevorzugt im rechten Winkel zur Substratober- fläche austritt . Die strukturierte Schichten 35 können bei spielsweise einen photonische Struktur aufweisen, die eine vir tuelle Bandlücke für Licht bereitstellt, welches sich parallel zur Oberfläche ausbreitet. Dadurch wird das Licht kollimiert. Mehrere der hier gezeigten Pixel können in Spalten und Reihen angeordnet sein, um, individuell ansteuerbar ein m-LED Modul zu bilden .
Figur 112 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines m-Pixels . In einem ersten Schritt S1 wird ein Substrat mit einer Anzahl von Kontakten auf der Oberfläche be reitgestellt. Das Substrat kann wie oben beschreiben weitere Leitungen, Ansteuer- oder Schaltelemente umfassen. In einem As pekt kann auf dem Substrat eine Erhebung erzeugt werden, dass die später zu befestigenden m-LED Rohchip umgibt und so ein Pixel von benachbarten Elementen optisch trennt.
In Schritt S2 wir nun ein oder mehrere m-LED Rohchips auf dem Substrat befestigt und mit ihren ersten Kontakten mit Kontakten auf oder in dem Substrat elektrisch verbunden. Die m-LED Roh chips sind in vertikaler Bauform ausgeführt, d.h. ihre Kontakte sind auf gegenüberliegenden Seiten. Die Anordnung der m-LED Rohchips kann in Reihe erfolgen, jedoch sind auch andere Anord- nungen möglich. Mögliche Beispiele hierzu sind in Figur 103A und B sowie 110 und 111 gezeigt.
In Schritt S3 wird eine Verspiegelungsschicht auf der Substrat oberfläche abgeschieden, die elektrisch mit einem elektrischen Steuerungskontakt auf der Oberfläche des Substrats in Verbin dung steht und die Oberfläche wenigstens teilweise bedeckt. Die Verspiegelungsschicht kann dabei zumindest teilweise auf, ins besondere den m-LED-Rohchips zugewandten Seitenwänden der Er hebung oder der Kavität aufgebracht werden. Schließlich wird in Schritt S3 eine transparente Deckelektrode auf dem weiteren Kontakt, welche die Verspiegelungsschicht elektrisch kontak tiert .
Um ein Abreißen der Deckelektrode zu vermeiden, ist in Schritt S2 oder S3 weiterhin vorgesehen, nach dem aufbringen der Ver spiegelungsschicht oder dem Befestigen der m-LED Rohchips diese von einer Isolationsschicht zu umgeben. Die Höhe dieser Isola tionsschicht entspricht der Höhe der m-LED-Rohchips , so dass eine planare Oberfläche geschaffen wird. Die Erzeugung der Iso- lationsschicht erfolgt mit den hier offenbarten Maßnahmen zur Erzeugung einer transparenten nichtleitenden Schicht, wie Spin- on-Glass oder ähnlichem Eine planare Oberfläche wird erzeugt, indem die Isolationsschicht wider bis auf die oberen Kontakte der m-LED-Rohchips und der Verspiegelungsschicht abgetragen wird. Dieser Schritt kann mechanische oder chemische Techniken beinhalten. Die Deckelektrode wird dann auf der transparenten isolierenden Schicht aufgebracht.
Die Kontaktierung kann in einem überlappenden Kontakt der De- ckelektrodenfläche und einer Verspiegelungsfläche im Bereich der Erhebung oder an dem des zumindest einen m-LED-Rohchips abgewandten Ende der Kavität erfolgen. Alternativ kann in der Isolationsschicht auf eine Reihe von Durchkontaktierungen vor gesehen werden, die mit Metall befüllt eine Verbindung zwischen der Deckelektrode und der Verspiegelungsschicht erzeugt. Die Durchkontaktierungen können auch Gräben sein, welche die Ver spiegelungsschicht freilegt.
In weiteren Schritten kann auf der Deckelektrode eine oder meh- rere strukturierte Schichten aufgebracht werden, die eine pho- tonische Kristall oder Quasikristallstruktur aufweisen und aus geführt sind, Licht, welches parallel zu einer Oberfläche des Substrat abstrahlt, zu unterdrücken oder reduzieren. Alternativ kann auch die Deckelektrode selbst strukturiert werden, um ent- weder die Lichtauskopplung zu verbessern, Licht zu kollimieren oder gerichtet von der Substratoberfläche weg abzustrahlen. Schließlich ist das Aufbringen von Konvertermaterial über den m-LED Rohchips möglich. Nano-Leuchtdiodenanordnungen die in einer Matrixanordnung auf gebracht sind und vertikale geschichtete Nanosäulen oder Nano Rods umfassen, bieten die Möglichkeit auf sehr kleinem Raum eine Emission von Licht zu erzeugen. In diesen Ausführungen wird Licht von der aktiven Schicht im Wesentlichen in jede Raumrich- tung abgegeben. Wegen der geringen Größe und der damit verbun denen geringen Leichtkraft einer einzelnen Nanosäule ist es zweckmäßig, Licht geeignet umzulenken, um so eine ausreichende Lichtstärke zu erzeugen. Figur 113 zeigt eine erste Ausführung einer m-LED Anordnung 1 als Schnittansicht, die eine derartige Lichtführung realisiert und so zum einen die Lichtstärke erhöht und zum anderen ein Übersprechen reduziert. Dargestellt sind zwei Nanosäulen 7.1, 7.2, die Teil einer Matrixanordnung 28 auf einem Trägersubstrat
2 sind. Das Trägersubstrat ist beispielsweise mit AI2O3, Glas, Silizium, GaAs, SiC, ZnO, gebildet. Als Material der Halblei terabfolge 10 der Nanosäulen 7.1, 7.2 wird bevorzugt ein III-
V-Halbleitersystem, verwendet. Insbesondere kann (AlxInyGai-x- y)N, InyGai-x-y)N, GaN, InN, A1N, InGaN, AlGaN, AlInN oder AlInN verwendet werden. Zwischen der Halbleiterabfolge 10 und dem Trägersubstrat 2 ist eine n-Kontaktschicht 3 vorgesehen. In dieser Ausgestaltung ist die Kontaktschicht 3 durchgehen. Je doch kann auch diese Strukturiert sein, so dass jede Nanosäule individuell kontaktierbar ist. In diesem Zusammenhang kann auch das Trägersubstrat mit zusätzlichen Elementen und Strukturen ausgebildet sein. Anordnungen und Ausgestaltungen sind Teil dieser Offenbarung und können hierzu benutzt werden. Die Nanosäulen 7.1, 7.2 weisen in Längsrichtung 8, die parallel zur Flächennormale des Trägersubstrats 2 verläuft, eine Längen erstreckung auf, die deren Quererstreckung deutlich übersteigt. Der Querdurchmesser der Nanosäulen 7.1, 7.2 beträgt für das vorliegende Ausführungsbeispiel 1 pm, wobei noch kleinere Struk- turen mit Sub [pm] abmessungen möglich sind. Die Halbleiterab folge 10 umfasst eine n-dotierte Halbleiterschicht 4, eine ak tive Schicht 5, die typischerweise eine QuantentopfStruktur aufweist, und eine p-dotierte Halbleiterschicht 6. Für im Ein zelnen nicht dargestellte Abwandlungen können mehrere überei- nander gestapelte aktive Schichten vorliegen.
Die aktive Schicht 5 nimmt die Form einer Quantenscheibe ein und erzeugt unter Bestromung elektromagnetische Strahlung, die, wie in Figur 113 durch Pfeile angedeutet, einen lateral gerich- teten Anteil aufweist. Erfindungsgemäß sind, bezogen auf die Längsrichtung 8, lateral zu den Nanosäulen 7.1, 7.2 Reflektor vorrichtungen 11.1, 11.2, 11.3 vorgesehen, die die Strahlungs emission quer zur Längsrichtung 8 wenigstens teilweise in eine parallel zur Längsrichtung 8 verlaufende Hauptabstrahlrichtung 9 umlenken, sodass eine winkelbegrenzte Abstrahlung durch die p-Kontaktschicht 26 resultiert. Damit wird eine Vorkollimation erreicht, die zu einer verbesserten Einkopplungseffizienz für eine im Einzelnen nicht dargestellte, im Strahlenverlauf nach folgende Projektionsoptik führt.
Die Reflektorvorrichtung 11.1, 11.2, 11.3 wird durch eine Form schicht 12 mit Pyramidenstumpfgestalt und einer metallischen Reflexionsschicht 15, beispielsweise aus Gold, Silber oder Alu minium, auf einer Reflektorfläche mit einer 45° -Stellung rela tiv zur Hauptabstrahlrichtung 9 gebildet. Ferner sind für jede Nanosäule 7.1, 7.2 auf gegenüberliegenden Lateralseiten Reflek torvorrichtungen 11.1, 11.2, 11.3 vorgesehen. Für den in Figur
113 dargestellten Schnitt ist ein erstes reflektives optisches Element 18 auf der Reflektorvorrichtung 11.1 und eine zweites reflektives optisches Element 19 auf der Reflektorvorrichtung
11.2 gezeigt. Des Weiteren geht aus der Aufsichtdarstellung der Matrixanordnung 28 hervor, dass die Nanosäule 7.1 lateral mit weiteren Reflektorvorrichtungen 11.4, 11.6 umgeben ist. Ent sprechend liegen für die Nanosäule 7.2 zusätzlich die gegen überliegenden Reflektorvorrichtungen 11.5, 11.7 vor. Die Figur
114 zeigt die Draufsicht über eine derartige m-LED Anordnung 1.
Die Figurenfolge 115A bis 115H zeigt die Herstellung der ersten Ausführung der m-LED Anordnung 1 und verdeutlicht einige As pekte. Ausgehend von der in Figur 115A dargestellten, ausge dehnten planaren Schichtung, wird durch Trockenätzen und mit hilfe der in Figur 115B gezeigten Ätzmaske 29 eine bis in die n-dotierte Halbleiterschicht 4 reichende Grabenstruktur 24.1,
24.2 angelegt und in dieser eine Ätzstoppschicht 23, beispiels weise aus SiNx, ausgebildet (Figur 115C) . Als weiterer Schritt wird mit einem anisotropen Nassätzverfahren die in Winkelstel lung verlaufende Reflektorfläche 13 einer Formschicht 12 struk turiert. Figur 115D zeigt das Freilegen der durch die Ätzmaske 29 geschützten Halbleiterabfolge 10 der Nanosäule 7.1 mit einem hohen Aspektverhältnis. Dann erfolgt, wie in Figur 115E darge stellt, die Ablage einer metallischen Reflexionsschicht 15 auf der Reflektorfläche 13 und die Ausführung einer Planarisierung mit einem transparenten elektrischen Isolator 25, beispiels weise aus Spin-on-Glas (SOG), Si02 oder Epoxidharz. Darauf wird eine weitere Ätzmaske 30 für das in Figur 115F gezeigte Tro ckenätzen zur Wegnahme der Ätzstoppschicht 23 angelegt. Die dadurch entstehende Grabenstruktur 22.3. 22.4 wird wieder durch den transparenten elektrischen Isolator 25 ausgefüllt. Nach der Abnahme der Ätzmaske 30 wird ein flächiges isotropes Ätzen aus- geführt, bis, wie in Figur 115G gezeigt, die p-dotierte Halb leiterschicht 6 der Halbleiterabfolge 10 freigelegt ist und durch eine p-Kontaktschicht 26 abgedeckt werden kann. Wie in den Figuren 115G und 115H gezeigt, entsteht mit diesen Schritten auch die endgültige Kontur der lateral zur Nanosäule 7.1 ange- ordneten Reflektorvorrichtungen 11.1, 11.2.
Figuren 116A bis 116D zeigen die epitaktische Herstellung einer zweiten Ausführung der m-LED Anordnung 1 nach einigen anderen Aspekten. Wie in Figur 116A dargestellt, dient die n-Kontakt- Schicht 3 zusätzlich als Epitaxiesubstrat, wobei eine elektrisch isolierende, strukturierte Substratschicht 31, beispielsweise aus SiNx, vorliegt, die Öffnungen 32.1, 32.2 zum Epitaxiesub strat aufweist. Von diesen aus erfolgt das laterale epitaktische Überwachsen mittels Hybridgasphasenepitaxie (HVPE) , Molekular- Strahlepitaxie (MBE) oder metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOCVD) bis über die Ränder der Öffnungen 32.1, 32.2 in der strukturierten Substratschicht 31, wobei die Prozessparameter so eingestellt werden, dass eine Halbleiterabfolge 10.1, 10.2 mit einem hohen Aspektverhältnis zur Ausbildung der Nanosäulen 7.3, 7.4 aufwächst. Diese weisen eine n-dotierte Halbleiter schicht 4 in Form eines Säulenkerns auf, der die aktive Schicht 5 trägt. Diese ist auf der Außenseite durch eine eine Schale bildende p-dotierte Halbleiterschicht 6 umkleidet.
Figur 116B zeigt das Einfassen der Nanosäulen 7.3, 7.4 mittels einer Passivierung 33.1, 33.2 in Form einer transparenten Lei terschicht. Zusätzlich werden weitere Öffnungen 32.3, 32.4 in der strukturierten Substratschicht 31 durch Trockenätzen ange legt. Wobei die hierfür verwendeten Ätzmasken im Einzelnen nicht dargestellt sind. Das nachfolgend ausgeführte epitaktische Wachstum geht vom Epitaxiesubstrat im Bereich der Öffnungen
32.3, 32.4 aus und wird so kontrolliert, dass die in Figur 116C dargestellten und als Pyramiden angelegten Formschichten 12.1, 12.2 entstehen. Im folgenden Schritt werden diese wie in Figur 116C dargelegt zur Herstellung einer Reflektorvorrichtung 11.1, 11.2, 11.3 von einem Braggspiegel 16 abgedeckt. Sodann erfolgt wie in Figur 116D gezeigt die flächige Ablage eines transparen ten elektrischen Isolators 25 und dessen Strukturierung, um die optischen Trennelemente 27.1, 27.2 zwischen benachbart liegen den Nanosäulen 7.3, 7.4 auszuformen. Vervollständigt wird die m-LED Anordnung 1 durch eine p-Kontaktschicht 26. Die Kontakt schicht 26 ist ebenfalls transparent und elektrisch leitend.
Figuren 117A bis 117B zeigen die Herstellung einer dritten Aus führung einer m-LED Anordnung 1 durch Nanostempeln und mittels einer Flip-Chip-Technik . Dargestellt in Figur 117A ist eine Anordnung mit Nanosäulen 7.5, 7.6, 7.7 auf einem Transfersub strat 34. Die epitaktisch gewachsenen oder lithografisch struk turierten Nanosäulen 7.5, 7.6, 7.7 umfassen jeweils eine n- dotierte Halbleiterschicht 4, eine aktive Schicht 5 und eine p- dotierte Halbleiterschicht 6. Die Anordnung mit Nanosäulen 7.5, 7.6, 7.7 ist durch ein Nanostempel-Substrat 35 mit eingeprägten Strukturen 36 abgedeckt. Dieses wird, wie in Figur 117B darge- stellt, bis zur p-dotierten Halbleiterschicht 6 durch ein Ätz verfahren flächig abgetragen, wobei die eingeprägten Strukturen
36 durch strukturierte, im Einzelnen nicht dargestellte Ätz stoppschichten geschützt werden. Nach der Abnahme der Ätzstopp- schichten wird für die elektrische Kontaktierung und zur Ver spiegelung der eingeprägten Strukturen 36 eine Metallisierung
37 aufgebracht. Sodann erfolgt eine Planarisierung mit einer Zwischenschicht 38, auf der ein Trägersubstrat 2 befestigt wird. Als nächster Schritt wird das Transfersubstrat 34 abgenommen, sodass der in Figur 117C gezeigte Zustand resultiert. Die m-LED Anordnung 1 wird, wie in Figur 117D gezeigt, durch eine p- Kontaktschicht 26 vervollständigt.
Figur 118 zeigt eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen m- LED Anordnung 1 mit Nanosäulen 7.7, 7.8, für die nur auf einer Lateralseite eine Reflektorvorrichtung 11.4, 11.5 zur Umlenkung und Vorkollimierung der Lateralabstrahlung der jeweiligen ak tiven Schicht 5 angeordnet ist. Zwischen den Nanosäulen verhin dert ein optisches Trennelement 27 ein Übersprechen. Die Nano- säulen 7.7, 7.8 weisen elektrisch getrennte p-Kontaktschichten 26.1 und 26.2 auf und können separat angesteuert werden. Ferner ist die Nanosäule 7.7 in ein erstes Wellenlängenkonversionsele ment 20 eingebettet, das eine Emissionscharakteristik aufweist, die von einem zweiten Wellenlängenkonversionselement 21 ab- weicht, welches die Nanosäule 7.8 umgibt.
Figur 119A illustriert eine Ergänzung mit zusätzlichen Maßnah men zur Lichtformung und Verbesserung der Direktionalität . Die m-LED Anordnung umfasst auf der Ober- bzw. Lichtaustrittsfläche eine lichtformende Struktur. Die Struktur umfasst Bereiche 33 und 34 mit unterschiedlichem Brechungsindex. Dadurch wird Licht, dass von der Säule 7 oder der reflektierenden Schicht der Struk tur 16 kommt geformt. Je nach Ausgestaltung der Struktur kann so Licht in eine definierte Richtung abgestrahlt werden. Die Struktur wird durch eine photonische Struktur gebildet. Die Periodizität der Bereiche ist so gewählt, dass sie in einer definierten Relation zur Wellenlänge des emittierten Lichts steht. Um den Brechungsindexsprung zu berücksichtigen, reicht die photonische Struktur in das Material der Anordnung hinein (hier nicht gezeigt). Schließlich zeigt Figur 119B hiervon eine weitere alternative Ausgestaltung basierend auf dem Beispiel der Figur 116D. Hierbei ist ein Konvertermaterial 35 in die Zwischenräume zwischen der Säule 7 und Reflektorstrukturen ein gebracht. Das Konvertermaterial ist in diesem Beispiel durch Quantendots gebildet. Derartige Quantendots sind als Pulverform oder als Emulsion erhältlich und weisen eine Größe auf, die ausreichend klein ist, um den Zwischenraum ausreichend auszu füllen. Korngröße der Quantendots ist hierbei eine wesentliche Größe, da herkömmliche anorganische Farbstoffe oftmals eine Korngröße aufweisen, bei der das Risiko einer Verkanntung oder ähnliches durch die Randstrukturen besteht.
Spezielle Verarbeitung der anorganischen Farbstoffe durch die Erfinder mittels Schleifen und anderen mechanische Verfahren erlauben jedoch eine Verkleinerung anorganischer Farbstoffe zu einer hinreichenden Größe. Die Quantendots oder die Farbstoffe können mit herkömmlichen Verfahren aufgebracht werden. Bei spielsweise wird ein einem Verfahren eine Emulsion mit Quan tendots aufgesputtert und über die Oberfläche verteilt. Die Quantendots lagern sich so auch in die Zwischenräume ab und füllen diese aus . In einem nächsten Schritt wird Fotolack auf gebracht und strukturiert. Dann werden die Quantendots außer halb der gewünschten Zwischenräume entfernt. Für den Fall, dass bereits eine strukturierte Fotomaske aus einem vorangehenden Prozessschritt kann auch diese verwendet werden und die Quan tendots direkt in die Zwischenräume eingebracht werden.
Die Schritte aus Fotolackstrukturierung und Einbringen von Quan tendots kann für weitere Farben wiederholt werden. Auf diese Weise können nicht nur RGB Pixel mit den drei Grundfarben her gestellt werden, sondern es sind auch 4 Farben möglich, um den vorhandenen Farbraum besser auszunutzen.
In einem weiteren Schritt werden auf der Konverterschicht des weiteren Mikrolinsen aufgebracht. Die Mikrolinsen können in ähnlicher Weise strukturiert werden, In diesem Beispiel über deckt die Mikrolinse jeweils eine m-LED Anordnung, jedoch kann vorgesehen sein, dass eine Linse jeweils alle Subpixel eines Pixels überdecken, also z.B. 4 Subpixel in einem erweiterten Farbraum oder mit einem redundanten Subpixel in einer 2x2 Mat rix .
In monolithisch angeordneten m-LEDs, beispielsweise bei einem Display kann ein Übersprechen durch reflektierende Grenzflächen zwischen den einzelnen Pixeln oder m-LEDs reduziert werden. Gleichzeitig wird so Licht in die Hauptemissionsrichtung abge strahlt und damit eine Effizienz verbessert. Die in Figur 120 dargestellte optoelektronische Einrichtung, bei der es sich im nachfolgend beschriebenen Beispiel um eine m-Displayanordnung 11 handelt, umfasst eine Vielzahl dieser vorgeschlagenen opto elektronischen Vorrichtungen 13. Bei den optoelektronischen Vorrichtungen 13 handelt es sich um weiter prozessierte m-LEDs, die jeweils ein Pixel bzw. Subpixel des m-Displays bilden. Wenn gleich nachfolgend von einer m-Displayanordnung 11 die Rede ist, so ist dies nur als Beispiel zu sehen, und die optoelektronische Einrichtung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Jede optoelektronische Vorrichtung 13 weist eine Lichtquelle 15 auf, bei der es sich um ein Halbleiterbauteil aus mehreren Halbleiterschichten handelt. Wegen seiner Abmessungen und sei ner Funktion wird das Halbleiterbauteil auch als m-LED bezeich net. Die Halbleiterschichten bilden unter anderem in an sich bekannter Weise eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht (nicht gezeigt) . Die Lichtquellen 15 sind arrayartig auf einem Träger 17 angeordnet. Durch die arrayartige Anordnung bilden die Licht quellen 15 mehrere Reihen bzw. Spalten von Lichtquellen auf dem Träger 17. Es kann vorgesehen sein, dass jede Lichtquelle 15 und damit jede Vorrichtung 13 Licht bei einer bestimmten Wellenlänge, also in einer bestimmten Farbe, aus einer Anzahl von möglichen Wellen längen bzw. Farben emittiert. Eine Vorrichtung 13, die Licht in einer bestimmten Farbe emittiert, kann als ein Subpixel eines Pixels angesehen werden. Der Pixel kann dabei noch weitere Sub pixel aufweisen, die jeweils von benachbarten Lichtquellen bzw. Vorrichtungen gebildet werden und Licht in den anderen möglichen Farben emittieren. Beispielsweise können zur Realisierung eines RGB-Pixels (RGB für rot, grün, blau) drei Lichtquellen 15 ein Pixel bilden, wobei eine der Lichtquellen 15 Licht in roter Farbe, eine der Lichtquellen 15 Licht in grüner Farbe und eine der Lichtquellen 15 Licht in blauer Farbe emittiert. Auf diese Weise kann eine RGB-Displayanordnung gebildet werden.
Das Material 25 des Trägers 17 umgibt jede Lichtquelle 15 mit Ausnahme von deren Oberseite 19. An der nicht von Material 25 umgebenen Oberseite 19 jeder Lichtquelle 15 ist die Lichtaus- trittsfläche für das erzeugte Licht vorgesehen. In funktionaler Hinsicht ist die Lichtquelle 15 gegenüber dem Trägermaterial 25 durch eine Grenzfläche 21 abgegrenzt. Die Grenzfläche 21 be grenzt, wie Figur 120 zeigt, die Lichtquelle 15 zur Seite und nach unten und umfasst somit mit Ausnahme der Oberseite 19 die gesamte Außenfläche einer jeweiligen Lichtquelle 15. Bei dem in Figur 120 dargestellten Beispiel weist die Grenzfläche eine Form auf, die der Oberfläche eines Teil-Ellipsoids entspricht. Dies ist nur als Beispiel zu sehen, da auch andere Oberflächenformen möglich sind. Ebenso ist beispielsweise ein parabelförmiger Verlauf der Grenzfläche denkbar. In beiden Fällen wird jedoch Licht in Richtung der Hauptemissionsfläche 19, d.h. in der Figur dargestellt nach oben emittiert.
Das Material 25 des Trägers 17 kann Füllmaterial aufweisen. Das Material 25 kann auch elektrische Einrichtungen umfassen, wie zum Beispiel Leiterbahnen in einer oder mehreren Ebene, um die Lichtquellen 15 individuell mit elektrischem Strom zu versorgen und anzusteuern. Bei dem Material 25 muss es sich also nicht um ein homogenes Material handeln, sondern es kann sich um eine Anordnung aus mehreren Materialien handeln. Im Material 25 kön nen zusätzliche elektronische Schaltungen wie Versorgung oder Ansteuerschaltungen ausgebildet sein.
Bei jeder Lichtquelle 15 ist an der Grenzfläche 21 ein die- lektrischer Reflektor 23 angeordnet, der das in der aktiven Zone der jeweiligen Lichtquelle 15 erzeugte Licht zumindest teilweise reflektiert. Das in einer Lichtquelle 15 erzeugte Licht kann daher nicht oder nur geringfügig durch die Grenzfläche 21 in das Trägermaterial 21 entweichen. Vielmehr wird das Licht, zu- mindest zu einem überwiegenden Teil, an der Grenzfläche 21 zu rück in die Lichtquelle 15 reflektiert und wandert solange in der Lichtquelle 15 umher, bis es durch die Lichtaustrittsfläche nach oben abgestrahlt wird. Die Lichtausbeute kann somit durch Verwendung des Reflektors 23 erhöht werden.
Die Displayanordnung 11 gemäß Figur 121 unterscheidet sich von der Variante der Figur 120 vor allem dadurch, dass die Licht quellen 15 einen anderen, in etwa topf- oder trapezförmigen, Querschnitt aufweisen. Die Grenzfläche 21 weist daher eine in Umfangsrichtung um die jeweilige Lichtquelle 15 umlaufende Sei tenfläche 27 sowie eine der Oberseite 19 gegenüberliegende Un terseite 28 auf. Die Umfangsrichtung verläuft dabei umlaufend um eine Normale N herum, die sich senkrecht zur Oberseite 19 erstreckt . Bei der Displayanordnung 11 gemäß Figur 121 ist ein dielektri scher Reflektor 23 sowohl an der Seitenfläche 27 als auch an der Unterseite 28 angeordnet. Ein dielektrischer Reflektor 23 umgibt somit jede Lichtquelle 15 mit Ausnahme der Oberseite 19 vollständig. In abgewandelten Ausführungsformen kann es vorge sehen sein, dass ein dielektrische Reflektor 23 ausschließlich an der Seitenfläche 27 oder ausschließlich an der Unterseite 28 angeordnet ist. Im Unterschied zu den Figur 120 und 121, die beispielhafte Varianten von Displayanordnungen 11 mit einer Vielzahl von ar- rayartig angeordneten optoelektronischen Vorrichtungen 13 zei gen, sind in den Figur 122 und 123 monolithische Arrays 29 dargestellt. Das monolithische Array 29 gemäß Figur 122 umfasst optoelektronische Vorrichtungen 13, die in der entsprechenden Weise wie die optoelektronischen Vorrichtungen von Figur 120 aufgebaut sind. Ferner umfasst das monolithische Array 29 gemäß Figur 123 optoelektronische Vorrichtungen 13, die in der ent sprechenden Weise wie die optoelektronischen Vorrichtungen von Figur 121 aufgebaut sind. Gleiche Bezugszeichen werden daher für einander entsprechende Elemente verwendet.
Über den Lichtquellen 15 und dem Träger 17 kann bei den Vari anten der Figur 122 und 123 eine durchgehende, wenigstens teil- weise transparente Deckschicht 33 angeordnet sein. Die Deck schicht ist darüber hinaus leitend und bildet so einen gemein samen Anschluss für alle Lichtquellen 15.
Figur 124 eine Ergänzung der Ausführungsform der Figur 123. Hierbei ist in der Oberseite 19, und im Besonderen beim Halb leitermaterial eine lichtformende Struktur integriert. Die lichtformende Struktur umfasst eine periodische Anordnung aus Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex. Diese periodi sche Anordnung kann eine oder mehrere der in dieser Anmeldung offenbarten Strukturen sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die periodische Struktur in dem Halbleitermaterial im Ober flächenbereich integriert. Dazu wird eine Struktur in das Halb leitermaterial geätzt, die dann mit einem zweiten Material mit einem anderen Brechungsindex verfüllt ist und so einen photo- nischen Kristall bildet. Den photonischen Kristall im Halb leitermaterial selbst auszubilden ist zweckmäßig, da es auf diese Art keinen zusätzlichen Brechungsindexsprung zwischen dem Halbleitermaterial und dem photonischen Kristall gibt, der in bestimmten Fällen die Effizienz reduzieren würde. Die Höhe der photonischen Struktur entspricht in etwa der Wellenlänge d.h. sie liegt im Beriech einiger 100 nm, je nach Wellenlänge des emittierten Lichts in dem Material. Das Material in den ver- füllten Bereichen sollte transparent sein, um die Lichtabsorb tion möglichst gering zu halten. In diesem Zusammenhang kann auch Konvertermaterial, beispielsweise Quantendots in einer Emulsion in die geätzten Bereiche eingebracht werden, so dass die periodische Struktur sowohl lichtformende als auch licht konvertierende Eigenschaften aufweist. Das hier dargestellte Beispiel einer lichtformenden Struktur mit seinen verschiedenen Aspekten lässt sich auf die weiteren Ausgestaltungen von m-LED Anordnungen, Pixeln oder auch Arrays mit solchen übertragen. Figur 125 zeigt eine Querschnittsansicht eines dielektrischen Reflektors 23. Dieser besteht aus einer periodischen Abfolge von zwei alternierend angeordneten Schichten 30, 31, die zwi schen der Grenzfläche 21 der Lichtquelle 15 und dem Material 25 des Trägers 17 angeordnet sind. Die Schichten 30, 31 werden jeweils von einem Dielektrikum gebildet, wobei der optische Brechungsindex des Dielektrikums der Schichten 30 von dem op tischen Brechungsindex des Dielektrikums der Schichten 31 ver schieden ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind jeweils drei Schichten 30 und drei Schichten 31 vorgesehen, wobei auch eine andere Anzahl von Schichten, zum Beispiel, jeweils 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Schichten, vorgesehen sein kann. Bei spielweise kann nur eine hochbrechende Schicht zwischen zwei niederbrechenden Schichten vorgesehen sein. Bei sehr kleinen Pixeln könnte der Platz möglicherweise nicht für mehr als eine hochbrechende Schicht zwischen zwei niederbrechenden Schichten reichen .
Die Schichten 30, 31 können so angeordnet sein, dass sie einen Bragg-Spiegel bilden. Die maximale Reflektivität für die Wel- lenlänge des von der zugehörigen Lichtquelle 15 emittierten Lichts wird erreicht, wenn die Schichten 30, 31 eine optische
Dicke von einem Viertel der Wellenlänge aufweisen. Die optische Dicke entspricht dabei dem Produkt aus Brechungsindex und Schichtdicke .
Die Herstellung der Schichten 30, 31 kann beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung erfolgen. Durch eine lagenweise Abschei dung können Solldicken der einzelnen Schichten 30, 31 präzise erreicht werden. Insbesondere können die Schichten 30, 31 ent- sprechend dünn ausgestaltet werden, so dass die obige Bedingung erfüllt werden kann, gemäß der die Schichten 30, 31 eine opti sche Dicke von einem Viertel der Wellenlänge aufweisen sollten. Somit können sehr effiziente Reflektoren erzeugt werden. Die Methode der Atomlagenabscheidung ermöglicht außerdem eine gleichmäßige Überformung der Grenzfläche 21, so dass beispiels weise auch schmale Zwischenräume mit einem hohen Aspektverhält nis ausgekleidet werden können. Außerdem können verbleibende Zwischenräume zum Trägermaterial 25 mit Füllmaterial verfüllt werden .
In einer abgewandelten Ausgestaltung kann die erste, unterste Schicht 30a, die direkt an die Grenzfläche 21 anstößt, mit einer anderen Technologie, wie beispielsweise CVD oder PE-CVD, auf gebracht werden. Dadurch können Unebenheiten der Grenzfläche 21, beispielsweise eine raue Oberfläche resultierend aus einem Ätzprozess, durch eine konformere Abscheidung überdeckt werden. Die übrigen Schichten 30, 31 können sodann über der glatten
Schicht 30a mittels Atomlagenabscheidung aufgetragen werden. Bei den Varianten der Figur 120 bis 123 bewirkt ein dielektri scher Reflektor 23, wie beispielhaft in Figur 125 dargestellt, eine wenigstens teilweise Rückreflexion von Licht in das Innere der Lichtquelle 15. Dies gilt insbesondere für Licht, das senk recht auf den Reflektor 23 auftrifft. Das in der Lichtquelle 15 erzeugte Licht kann somit nicht oder in einem geringeren Ausmaß durch die Grenzfläche 21 zur Seite und/oder nach unten in das Material 25 des Trägers 17 entweichen. Das zurückreflektierte Licht verbleibt in der Lichtquelle 15 und entweicht zum großen Teil nach oben durch die Lichtaustrittsfläche. Die Lichtausbeute kann daher erhöht werden.
Der Begriff Licht ist hierin breit zu verstehen und bezieht sich insbesondere auf elektromagnetische Strahlung, die von einer jeweiligen Lichtquelle 15 erzeugt wird. Der Begriff Licht kann insbesondere neben sichtbarem Licht auch infrarotes und/oder ultraviolettes Licht umfassen.
Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit einer Verbesserung der Abstrahlcharakteristik einer m-LED, der ein dielektrischer Fil- ter mit zusätzlich reflektierenden Seiten aufgesetzt wird.
Figur 126 zeigt schematisch ein optoelektronisches Bauelement 10 im Querschnitt. Im Folgenden werden der Aufbau, die Funkti onsweise und die Herstellung des optoelektronischen Bauelements 10 beschrieben.
Das optoelektronisches Bauelement 10 enthält ein Pixel 11 mit einem LED-Halbleiterelement 12 in Form einer m-LED. Das LED- Halbleiterelement 12 enthält eine aktive Zone 13, die zur Er zeugung von Licht ausgebildet ist, und hat eine Höhe im Bereich von 1 bis 2 mpi. Das LED-Halbleiterelement 12 weist eine erste Hauptoberfläche 14, eine der ersten Hauptoberfläche 14 gegen überliegende zweite Hauptoberfläche 15 sowie beispielsweise vier Seitenflächen 16 auf. Die Seitenflächen 16 sind jeweils im unteren Bereich derart angeschrägt, dass sie im angeschrägten Bereich einen Winkel oc mit der ersten Hauptoberfläche 14 von unter 90° bilden. Die aktive Zone 13 befindet sich auf der Höhe des angeschrägten Bereichs.
Auf der ersten Hauptoberfläche 14 des LED-Halbleiterelements 12 befindet sich eine Schicht 17, die eine zufällige oder deter ministische Topologie enthält. Alternativ kann eine entspre chende Topologie in die erste Hauptoberfläche 14 des LED-Halb- leiterelements 12 geätzt werden.
Über der Schicht 17 ist eine weitere, in Figur 126 nicht dar gestellte Schicht abgeschieden, die einen anderen Brechungsin dex als die Schicht 17 aufweist. Die Schicht 17 bewirkt in Kombination mit der darüber abgeschiedenen Schicht, dass Licht, welches nicht senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 14 aus dem LED-Halbleiterelement 12 austritt, in andere Richtungen umge lenkt wird, zum Beispiel durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen der Schicht 17 und der darüber angeordneten Schicht. Zusätzlich hat die oberhalb der Schicht 17 angeordnete Schicht die Funktion, eine glatte Oberfläche bereitzustellen, auf wel che dielektrische Spiegelschichten aufgebracht werden können.
Oberhalb der Schicht 17 sowie der darüber liegenden Schicht mit der glatten Oberseite befindet sich ein dielektrischer Filter 18, der aus einem Stapel dielektrischer Schichten besteht und derart ausgestaltet ist, dass er nur Lichtanteile innerhalb eines vorgegebenen Winkelkegels transmittiert, während flachere Strahlen reflektiert werden. Der Winkelkegel ist dabei mit sei ner Achse senkrecht zur ersten Hauptoberfläche 14 des LED-Halb- leiterelements 12 ausgerichtet. Weiterhin ist an sämtlichen Seitenflächen 16 des LED-Halblei- terelements 12 ein reflektierendes Material 19 abgeschieden, das elektrisch leitend ist und beispielsweise aus einem Metall besteht. Das reflektierende Material 19 steht in Kontakt mit dem n-dotierten Bereich des LED-Halbleiterelements 12. Unter halb der zweiten Hauptoberfläche 15 des LED-Halbleiterelements 12 befindet sich eine reflektierende Schicht 20, die ebenfalls elektrisch leitend ist. Die reflektierende Schicht 20 steht in Kontakt mit dem p-dotierten Bereich des LED-Halbleiterelements 12.
Die angeschrägten Seitenflächen 16 des LED-Halbleiterelements 12 sind von einem elektrisch isolierenden ersten Material 21 bedeckt. Das elektrisch isolierende erste Material 21 ist zwi schen dem Material 19 und der Schicht 20 angeordnet und stellt eine elektrische Isolierung zwischen den n- und p-Kontakten des LED-Halbleiterelements 12 her. Ferner weist das Material 21 einen niedrigen Brechungsindex auf, damit Licht, das an den angeschrägten Seitenflächen 16 aus dem LED-Halbleiterelement 12 austritt, reflektiert wird.
Die aus dem reflektierenden Material 19 gebildete Schicht ist derart ausgebildet, dass sie in horizontaler Richtung das Pixel 11 vollständig umgibt und sich in vertikaler Richtung über das gesamte Pixel 11 erstreckt. D. h., die Schicht aus dem reflek tierenden Material 19 erstreckt sich von der Unterseite des elektrisch isolierenden ersten Materials 21 über das LED-Halb- leiterelement 12 bis zur Oberseite des dielektrischen Filters 18. Jegliches Licht, das seitlich aus dem Pixel 11 austritt, wird durch das reflektierende Material 19 wieder zurückreflek tiert, so dass Licht mit hoher Direktionalität nur an der Ober seite der optoelektronischen Vorrichtung 10 austreten kann. Figur 127A und 127B zeigen schematisch ein optoelektronisches Bauelement 30 in einer Draufsicht von oben bzw. im Querschnitt. Das optoelektronisches Bauelement 30 enthält eine Vielzahl von Pixeln 11, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Die Pixel 11 sind in einem Array angeordnet und voneinander durch das re flektierende Material 19 getrennt, welches sich gitterförmig durch die optoelektronische Vorrichtung 30 erstreckt. An einer Seite des optoelektronischen Bauelements 30 ist ein externen Anschluss 31 vorgesehen, der es ermöglicht, die n-Bereiche der LED-Halbleiterelemente 12 von außerhalb des optoelektronischen Bauelements 30 zu kontaktieren. In dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel sind die Anoden der LED-Halbleiterelemente 12 miteinander verbunden, was als Common-Anode-Anordnung bezeich net wird. Eine Common-Cathode-Anordnung, bei der die Kathoden miteinander verbunden sind, ist ebenfalls möglich.
Das Array aus den Pixeln 11 ist auf einem Träger 32 platziert. Der Träger 32 weist für jeden p-Kontakt einen p-Kontakt-An- schluss 33 auf, so dass die p-Kontakte jedes der Pixel 11 in- dividuell, beispielsweise durch einen IC, angesteuert werden können. Die optoelektronische Vorrichtung 30 erlaubt eine sehr hohe Pixeldichte. Figur 128A, 128B und 128C zeigen ein opto elektronisches Bauelement 40 in einer Draufsicht von oben bzw. im Querschnitt, wobei in Figur 128B und 128C zwei verschiedene Varianten dargestellt sind.
Das optoelektronisches Bauelement 40 enthält eine Vielzahl von Pixeln 11, wobei die Pixel 11 nicht wie bei dem in Figur 127A und 273B dargestellten optoelektronischen Bauelement 30 direkt benachbart zueinander angeordnet sind, sondern einen Abstand voneinander aufweisen. Jedes Pixel 11 ist in dem optoelektro nischen Bauelement 40 an seinen vier Seitenflächen vollständig von dem reflektierenden Material 19 bedeckt. Der Raum zwischen den Pixeln 11 ist mit einem elektrisch isolierenden zweiten Material 41, beispielsweise einem Vergussmaterial, aufgefüllt. In dem optoelektronischen Bauelement 40 sind die LED-Halblei- terelemente 12 als m-LEDs ausgebildet.
Die n-Kontakte der m-LEDs in den Pixeln 11 können an der Unter seite oder an der Oberseite oder zwischen Ober- und Unterseite des optoelektronischen Bauelements 40 angeschlossen sein. In Figur 128B sind die Pixel 11 auf einem Träger 42 platziert, in den n-Kontakt-Anschlüsse 43 integriert sind, welche die n-Kon- takte der Pixel 11 miteinander verbinden. Ferner weist der Trä ger 42 für jeden p-Kontakt einen p-Kontakt-Anschluss 44 auf, so dass die p-Kontakte jedes Pixels 11 individuell angesteuert werden können. Der Träger 42 kann ferner einen IC enthalten. Die voneinander beabstandete Anordnung der LED-Halbleiterele- mente 12 in der optoelektronischen Vorrichtung 40 erlaubt au ßerdem eine Kontaktierung, bei der sowohl der n-Kontakt als auch der p-Kontakt jedes Pixels 11 individuell ansteuerbar ist.
Figur 128C zeigt eine alternative Variante, bei welcher ein Träger 45 nur individuelle p-Kontakt-Anschlüsse 46 für jedes auf dem Träger 45 angeordnete Pixel 11 enthält. Natürlich können P-dotierte und n-dotierte Schichten auch vertauscht werden. Auf dem elektrisch isolierenden zweiten Material 41 sind Leiterbah nen 47 gitterförmig angeordnet, welche die n-Kontakte der Pixel 11 miteinander verbinden und zu einem externen Anschluss 48 führen, der an einer Seite der optoelektronischen Vorrichtung 40 angeordnet ist, wie Figur 128A zeigt.
Figur 129A zeigt eine Ausgestaltung, bei der bei einem im we sentlichen rechteckigen Halbleiterelement oder m-Led 12 eine dielektrische Schicht 19' auf zwei gegenüberliegenden Seiten ausgebildet ist. In Draufsicht in Figur 129B ist zu erkennen, dass die dielektrischen Elemente 19 und 19' sich abwechselnd um das Halbleiterelement 12 und den dielektrischen Filters 18 le gen. Die dielektrischen Elemente 19 und 19' sind unterschiedlich ausgestaltet. Element 19' umfasst zumindest einen elektrisch leitenden Teilbereich, beispielsweise in Form einer Fläche ent lang der Seitenwand der m-LED 12 oder auch in Form mehrerer entlang der Seitenwand verlaufender Streifen. Element 19 ist nicht elektrisch an die m-LED 12 angeschlossen, trägt also nicht zur Stromversorgung des Elementes 12 bei.
Die Stromrichtung ist durch den Pfeil in Figur 129A angegeben. Der Strom fließt entweder bis zur Oberfläche und von dort aus durch den dielektrischen Filter 18 in die Halbleiterschicht zum aktiven Bereich. Alternativ, steht der leitende Teilbereich des dielektrischen Elements mit einer Kontaktschicht auf der m-LED in Verbindung. Die Kontaktschicht könnte beispielsweise zwi schen dem dielektrischen Filter und der m-LED angeordnet und als Deckelektrode ausgestaltet sein, so wie die in der Figur 129A durch die dünne nicht bezeichnete Schicht zwischen den
Elementen 12 und 18 dargestellt. In beiden Fällen dient die Kontaktschicht zur Stromaufweitung auf die gesamte Fläche.
Durch den Stromfluss wird ein Magnetfeld erzeugt, so dass La- dungsträger, die sich durch die Schichten der m-LED 12 bewegen eine Kraft in Richtung auf das Zentrum der Struktur verspüren.
Figur 130A und 130B illustrieren eine Ausgestaltung, in der die dielektrische Schicht 19 um eine im Wesentliche zylinderförmig ausgeführte m-LEDs angeordnet ist. die m-LEDs sind in regelmä ßigen Abständen monolithisch ausgeführt und bilden auf diese Weise ein m-LED Array oder auch ein m-Display. Das dielektrische Element 19 ist nichtleitend, d.h. der Strom wird durch auf der Oberfläche angeordnete Leitungen zu den m-LEDs geführt. Dazu verlaufen die Leitungen 32 zwischen den einzelnen m-LEDs . Zu leitungen 33 verbinden die Leitungen 32 mit einem leitenden dielektrischen Filter 18. Dieser steht wiederum in einem elektrischen Kontakt mit einer der Halbleiterschichten der m- LED. Um den Strom nun von dem Randbereich und damit dem die- lektrischen Element 19 an der Seitenfläche der m-LED fernzuhal ten wird ein zusätzliches Quantenwellintermixing vorgeschlagen. Ausgestaltung und Verfahren einer solchen ist in dieser Offen barung in mehreren Beispielen dargestellt. Das Quantenwellin- termixing umgibt den aktiven Bereich (in Figur 130B durch den etwas breiteren Strich dargestellt) und erzeugt dort eine Ver änderung der Bandlücke um aktiven Bereich. Dadurch „sehen" die Ladungsträger eine Energiebarriere, welche die Ladungsträger in Richtung des Zentrums der m-LED 12 drückt.
Die folgenden Ausführungen betreffen verschiedene Aspekte zur Prozessierung, die für die Halbleiterstrukturen verwendet wer den können, um deren Eigenschaften zu verbessern oder auch neue Anwendungsgebiete oder Realisierungsmöglichkeiten zu schaffen.
In Figur 131 ist zur Herleitung des Aspektes von Pixelelementen mit elektrisch getrennten und optisch gekoppelten Subpixeln eine vereinfachte schematische Darstellung eines elektronischen Dis plays 10 gezeigt, wie es häufig in beispielsweise Monitoren, Fernsehern, Anzeigetafeln oder auch kleinen Geräten wie Smart Watches oder Smartphones verwendet wird. Dabei ist der grund sätzliche Aufbau bekanntermaßen über eine enge benachbarte An ordnung einer Vielzahl von Pixeln oder Pixelelementen 12 in einer Ebene realisiert. Die Pixelelemente 12 sind in Reihen und Spalten organisiert und lassen sich einzeln elektronisch an steuern. Die Ansteuerung erfolgt derart, dass sie diese Weise sowohl in ihrer Leuchtstärke, als auch in ihrem Farbton und ausgesendeten Wellenlänge variiert werden. In letzterem Fall umfasst jedes Pixel häufig drei Subpixel, die ihrerseits für die Emission unterschiedlicher Wellenlänge ausgestaltet sind. Die Pixelelemente 12 sind häufig auf einem Substrat oder einer Trägerstruktur 14 aufgebracht, die in diesem Aspekt vor allem eine mechanische Stabilität der Anordnung sicherstellen sollen. In dieser Darstellung ist gut erkennbar, dass zum Erzeugen einer ausreichend großen Auflösung teilweise mehrere Millionen sol cher Pixelelemente 12 räumlich dicht sowohl mechanisch angeord net als auch elektrisch verbunden werden müssen. Gleichzeitig können in vielen Fällen defekte Pixel 12 als dunkle Punkte zwischen den aktiven Pixeln erkennbar sein. Insbesondere durch extrem geringe Abmessungen, beispielsweise für m-LEDs, steigt zum einen die Dichte und Auflösung solcher Displays, anderer seits besteht gleichzeitig ein Bedürfnis nach möglichst fehler- freier Funktion und ausschussarmer Produktion.
In Figur 132 ist der in Figur 131 dargestellte Ausschnitt AA vergrößert dargestellt, um die Merkmale der hier beschriebenen Lösung genauer beschreiben zu können. So ist Substrat 14 ange- geben, dass gleichzeitig die Ansteuerelemente umfasst und als Trägerstruktur für die Pixel dient. Auf dem Substrat 14 sind einzelne Pixelelemente 12 vorgesehen, die hier rechteckig aus gestaltet sind und eine gleiche Größe aufweisen. Diese identi schen Größen der Pixelelemente 12 sind häufig herstellungsbe- dingt vorteilhaft, können aber gemäß einem Beispiel auch in unterschiedlicher Form oder Größe ausgeführt sein. Das Pixelele ment 12 weist im hier dargestellten Beispiel eine Länge 11 und eine Breite bl auf. Zwischen den Pixelelementen 12 ist eine Pixelelementtrennschicht 16 vorgesehen. Letztere liegt im Be- reich weniger pm, beispielsweise also 0,5 pm bis 3 pm.
Die Pixelelementtrennschicht 16 ist derart ausgeführt, dass die benachbarten Pixelelemente 12 in Bezug auf die Ansteuerung der jeweiligen Pixelelemente elektrisch getrennt sind. In Figur 133 ist ein Ausschnitt eines Pixelelements in Querschnittsdarstel lung gezeigt. Die Pixelelemente 12 sind durch eine Pixelele menttrennschicht 16 getrennt und umfassen jeweils Subpixel 18. Durch die Pixelelementtrennschicht 16 erfolgt eine elektrische und optische Trennung zwischen den Pixelelementen 12. Dies soll verhindern, dass Licht, das von einem Pixelelement 12 ausgesen det wird, durch optischen Crosstalk in ein benachbart angeord netes Pixelelement 12 Übertritt und von dort ausgesendet wird. Innerhalb eines Pixelelementes 12 ist hier, beispielhaft für ein ausgewähltes Pixelelement 12, eine erfindungsgemäße weitere Unterteilung in Subpixel 18 gezeigt. Die Subpixel 18, auch als sogenannte Felder bezeichnet, weisen hier eine gleiche Größe und Form auf. Dabei ist eine Länge 12 eines Subpixels 18 defi niert, wobei sich gemäß einem Beispiel die Länge 11 des Pi- xelelementes 12 aus einem Vielfachen der Länge 12 der gleich großen Subpixel 12 mitsamt eventuellen Zwischenräumen ergeben kann. Analog ist eine Breite b2 eines Subpixels angegeben, wobei sich auch hier gemäß einem Beispiel die Breite bl des Pixelele mentes aus einem ungefähren Vielfachen der Breite b2 der jeweils gleich großen Subpixel 18 inklusive eventueller Zwischenräume ergeben kann. In der hier gewählten Darstellung ist die Unter teilung der Pixelelemente 12 in Subpixel 18 bzw. sogenannte Felder nur für ein Pixelelement 12 gezeigt. Die Strukturierung ist jedoch auf alle in einem Display 10 angeordneten Pixelele- mente 12 anwendbar.
Zwischen zwei benachbarten Subpixeln 18 desselben Pixelelemen tes 12 ist zudem ein Subpixeltrennelement 20 vorgesehen. Dieses Subpixeltrennelement 20 ist derart ausgeführt, dass in Bezug auf die Ansteuerung eines zugeordneten Subpixels (der Länge 12) (siehe Figur 133) eine elektrische Trennung erfolgt. Das Sub pixeltrennelement 20 ist weiterhin ausgestaltet, dass in Bezug auf das von den Subpixeln 18 emittierte Licht eine optische Kopplung oder ein optischer Crosstalk ermöglicht ist. Dies be- deutet mit anderen Worten, dass innerhalb eines Pixelelementes 12 Photonen oder Licht von einem Subpixel 18 zu einem oder mehreren der im selben Pixelelement 12 befindlichen Subpixel 18 übersprechen kann, nicht jedoch zwischen zwei Pixelelementen 12. Beispielsweise kann eine Erzeugung der verschiedenen möglichen emittierbaren Farben eines Pixelelementes 12 durch eine Kombi nation der Basisfarben Rot, Grün und Blau erfolgen. Folglich kann ein Pixelelement 12 Subpixel 18 enthalten, die verschiedene Wellenlängen von Licht emittieren können. In Figur 132 sind beispielhaft die insgesamt neun Subpixel 18 mit den Buchstaben A bis K gekennzeichnet. Gemäß einem Beispiel sind die Subpixel A, D und G als rote LEDs ausgeführt, die Subpixel B, E und H als grüne LEDs und die Subpixel C, F und K als blaue LEDs. Soll nun beispielsweise rotes Licht vom Pixelelement 12 emittiert werden, werden über die Ansteuerelektronik die Subpixel A, D und G gleichzeitig angesteuert. Gegebenenfalls kann über die Ansteuerelektronik getestet worden, ob alle Subpixel A, D und G eine korrekte Funktion aufweisen. Hierdurch kann dann eine gewünschte Helligkeit eingestellt werden.
Ist nun beispielsweise eines der Subpixel A, D oder G defekt, können dennoch durch die elektrische Trennung die übrigen Pixel dennoch korrekt angesteuert werden. Durch den optischen Crosstalk, der durch das Subpixeltrennelement 20 ermöglicht wird, kann jedoch das fehlende Licht des defekten Subpixels 18 durch die angrenzenden Subpixel 18 ausgeglichen werden. Solange also ein Subpixel 18 derselben Farbe aus einer Gruppe funktio niert und die restlichen Subpixel 18 dieser Gruppe defekt sind, könnte dieser verbliebene funktionierende Subpixel 18 die Fehl funktionen der defekten Subpixel ausgleichen und somit eine Funktion des Pixelelementes 12 durch Redundanz sicherstellen. In einem Beispiel kann ein optischer Crosstalk auch über meh rerer Subpixel innerhalb eines Pixelelementes 12 stattfinden. Andere mögliche Anordnungen wären beispielsweise die Zuordnung von jeweils drei Subpixeln 18 zu einer der Basisfarben Rot, Grün, oder Blau. Beispiele hierfür sind die folgende Gruppierung A/B/C, D/E/F und G/H/K. Aber auch eine diagonale Zuordnung ist denkbar, wobei vorteilhaft ein optischer Crosstalk möglich sein sollte . In Figur 133 ist eine Schnittdarstellung durch einen Teilbereich eines Displays 10 gezeigt. Im unteren Teil der Figur ist ein Substrat 14 gezeigt, was unter anderem eine mechanisch ausrei- chend stabile Trägerstruktur zur Aufnahme der übrigen Struktu relemente bieten soll. Dies kann gemäß einem Beispiel ein Wafer eines Silizium-ICs sein. Das Substrat 14 kann zusätzlich eine Treiberschaltung oder Ansteuerelektronik (nicht gezeigt) und verschiedene elektrische Anschlüsse aufweisen. Diese können beispielsweise über Leiterstrukturen im integrierten Schalt kreis realisiert sein. Weiterhin sind Kontaktstrukturen 24 vor gesehen, die zur Ansteuerung eines Subpixelbereichs 26 dienen können. Dieser ist im hier gezeigten Beispiel direkt an den Kontaktstrukturen 24 angrenzend angeordnet. Über die Kontakt- Strukturen 24 ist es möglich, einen Emitterchip 26 individuell und selektiv über die Ansteuerelektronik anzusteuern.
Eine Epitaxieschicht 26 weist beispielsweise verschiedene Schichten auf, die unter anderem eine Funktionalität lichtemit- tierender Dioden erlaubt. So kann beispielsweise ein p-n-Über- gang durch entsprechend verschieden dotierte Schichten imple mentiert sein oder auch eine oder mehrere Quantenwell Strukturen aufweisen. Schematisch und vereinfachend ist hier ein Bereich eines p-n-Übergangs 28 durch eine gestrichelte Linie angedeu- tet . In der Epitaxieschicht 26 sind nunmehr die Strukturen der Pixelelemente 12 und der Subpixel 18 eingebracht.
Im Detail sind über Pixelelementtrennschichten 16 die einzelnen Pixelelemente 12 erkennbar. Diese weisen jeweils eine Länge 11 auf, was einem Abstand zwischen zwei Pixelelementtrennschichten 16 entspricht. Innerhalb der Pixelelemente 12 sind hier in Längsrichtung drei Subpixel 18 abgrenzbar. Diese weisen jeweils eine Länge 12 auf. Zwischen den einzelnen Subpixeln 18 sind Subpixeltrennelemente 20 angeordnet. Im hier dargestellten Beispiel sind die Pixelelementtrenn schichten 16 und die Subpixeltrennelement 20 jeweils als Graben oder ähnliche Struktur ausgeführt. Dies bedeutet, dass die Pi xelelementtrennschichten 16 und das Subpixeltrennelement 20 je weils beispielsweise durch Ätzverfahren als grabenartige, spaltartige oder ähnliche Struktur in die Epitaxieschicht 26 eingearbeitet sind. In den Gräben ist dann ein elektrisch iso lierendes Material, z.B. Si02 abgeschieden. Um nun beispiels weise die elektrischen und optischen Eigenschaften dieser Grä ben zu bestimmen, ist eine Grabentiefe dl der Pixelelementt rennschicht 16 größer gewählt als eine Grabentiefe d2 des Sub pixeltrennelementes 20. Hierdurch kann erreicht werden, dass durch die geringere Tiefe d2 des Grabens des Subpixeltrennele mentes 20 ein optischer Crosstalk zwischen Subpixeln 18 möglich ist .
Hingegen ist zwischen zwei Pixelelementen 12 durch den tieferen Graben dl der Pixelelementtrennschicht 16 sowohl ein optischer Crosstalk 30 als auch ein elektrischer Crosstalk verhindert. Gemäß einem Beispiel ist eine Tiefe d2 des Grabens des Subpi xeltrennelementes 20 derart gewählt, dass diese durch einen Bereich eines p-n-Übergang 28 hindurch verläuft. Hierdurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass zwei benachbarte Subpixel 18 bzw. die zugehörigen Emitterchips 22 elektrisch interagieren und/oder ein elektrischer oder elektromagnetischer Crosstalk auftritt .
In dem obigen Beispiel verläuft die Pixelelementtrennschicht 16 durch die aktive Schicht bis an den Rand der gegenüberliegenden Abstrahloberfläche, durchtrennt diese jedoch nicht. Dadurch kann der Bereich nahe an der Oberfläche als gemeinsamer Kontakt ausgebildet sein, der alle Pixel und Subpixel mit einem Poten tialanschluss verbindet. Zudem kann die Pixelelementtrenn schicht 16 eine Spiegelschicht umfassen, so dass ein vom Pixel erzeugtes Licht optisch umgelenkt wird. In dem Beispiel der Figur 133 ist auch gezeigt, des das Subpixeltrennelement 20 durch die aktive Schicht reicht, jedoch kurz danach endet. Dadurch wird das elektrische Übersprechen unterbunden, jedoch nicht das optische. Je nach Design und Fertigungsparameters reicht das Subpixeltrennelement 20 auch nur bis zur aktiven Schicht oder leicht in diese hinein.
Während in dieser Ausführung die Pixelelementtrennschicht 16 und die Subpixeltrennelemente 20 als Gräben mit im Wesentlichen senkrechten Seitenwänden ausgeführt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es können auch bewusst, andere Formen gewählt werden, die zudem weitere Funktionalität aufweisen wie z.B. Lichtkollimation oder Lichtführung. Als Beispiel hierfür können schräge Seitenwände für die Pixelelementtrennschicht 16 genannt werden.
In Figur 134 ist eine Erweiterung der Ausführungsform in der vorherigen Figur. Die Pixelelemente sind monolithisch in bzw. auf einem Dünnschichtträgersubstrat implementiert. Auf der Rückseite, d.h. der Hauptabstrahlrichtung abgewandten Seite sind Kontakte 26 angeordnet. Diese liegen direkt unter den ein zelnen Subpixeln und sind mit einem leitenden Metall gebildet, beispielsweise einer Gold- oder Silberlegierung. Die Größe der Kontakte entspricht im Wesentlichen der Fläche der einzelnen Subpixel. Auf diese Weise können für die Herstellung der Pixel ein dafür geeignetes Materialsystem verwendet werden. Zudem können Prozessparameter wie Temperatur, Precursors und anderes auf die zu fertigenden Pixels abgestimmt werden.
Den Kontakten 26 der Subpixel gegenüberliegend sind Kontakte 39 einer Backplane oder weiteren Substratträgers angeordnet. Die Backplane ist mit einem anderen Materialsystem ausgeführt, z.B. in Siliziumtechnologie. In der Backplane ist die Ansteuerung für die einzelnen Subpixel als auch deren Stromversorgung un tergebracht. Beispiele für Stromtreiber- und Ansteuerungskon- zepte für m-LEDs sind in dieser Anmeldung offenbart. In dieser Ausführung umfasst die Backplane zusätzliche Schmelzsicherungen 42 für jedes einzelne Subpixel. Die Schmelzsicherungen sind ihrerseits an Stromtreiber 40 angeschlossen. Sofern während der Fertigung ein Defekt in einem der Subpixel oder ein Defekt während der Positionierung der Pixel auf der Backplane auftritt, können mittels der Schmelzsicherungen die fehlerhaften Subpixel getrennt werden.
Die Backplane wird mit seinen Kontakten positioniert und dann mit den Kontakten der Pixel verbunden. Je nach Anwendung kann ein Hilfsträger (hier nicht gezeigt) vorgesehen werden, um eine ausreichende Stabilität für die Pixelelemente zu gewährleisten. Für die Kontaktierung können beispielsweise die beiden Flächen miteinander verklebt werden, sofern eine leitende Verbindung zwischen den Kontakten gewährleistet ist.
Auf der anderen Seite der Pixelelemente ist zum einen eine Deckelektrode vorgesehen, die einen elektrischen Kontakt zu je dem Subpixel erzeugt. Die Deckelektrode ist an einer oder meh- reren Seiten hinunter zu einem Kontaktbereich geführt. De ckelektrode ist transparent und besteht beispielsweise aus ITO. Entlang und oberhalb der Pixeltrennelemente 14 kann zusätzliche metallische Leitungen auf der Deckelektrode vorgesehen sein. Dadurch wird der Flächenwiderstand der Deckelektrode reduziert und damit die Stromtragefähigkeit verbessert. Die zusätzlichen Leitungen an dieser Stelle beeinflussen die Lichtauskopplung nicht negativ und Schatten auch die Struktur nicht wesentlich ab .
Neben der Deckelektrode ist eine lichtformende Struktur ange- ordnet. Diese kann entweder auf der Deckelektrode angeordnet sein, oder sich durch die Deckelektrode und in das Halbleiter material des Pixels z.T. bis hinunter in den aktiven Bereich 28 erstrecken. Die lichtformende Struktur umfasst Bereiche mit un terschiedlichem Brechungsindex. Verschiedene Beispiele einer solchen Struktur sind in dieser Anmeldung offenbart. Figur 135 zeigt hierzu ein Beispiel. In diesem ist in die licht formende Struktur zum einen ein Konvertermaterial eingebracht. Im Besonderen weist die linke Seite oder das linke Pixel eine lichtformende Struktur 32r mit konvertierenden Eigenschaften auf. Diese konvertiert blaues Licht von jedem angesteuerten Subpixel unterhalb der Struktur 32r in ein rotes Licht. Ent sprechend konvertiert die Struktur 32b das von den Subpixeln emittierte Licht in grünes Licht.
Gleichzeitig wird das so konvertierte Licht durch die jeweilige Struktur 32r und 32b so gerichtet, dass das konvertierte Licht direkt nach oben abgestrahlt wird. Hingegen wird unkonvertier- tes Licht richtungsmäßig abgelenkt, so dass ein Austritt von nichtkonvertiertem Licht direkt nach oben bzw. parallel zur Abstrahlrichtung des konvertierten Lichts unterdrückt wird. Eine Richtungsselektion kann durch hier vorgestellte photoni- sche Strukturen erreicht werden. Durch die Richtungsablenkung verlängert sich zudem auch der Weg durch das Konvertermaterial, so dass die Konversionseffizient ansteigt. Ablenkung des un- konvertierten Lichts erfolgt in Richtung auf die Struktur 32b, welche Licht von blauen Subpixeln kollimiert.
Figur 136 zeigt einen anderen Gesichtspunkt, der zum Erzeugen der optischen Trennelemente geeignet ist. Zusätzlich wird in dieser Ausgestaltung das Verhältnis zwischen strahlender und nicht-strahlender Rekombination verbessert. Die Ausgestaltung macht sich Quantenwellintermixing zur Erzeugung der Subpixel innerhalb eines Pixels zu Nutze. Figur 136 stellt eine Struktur auf einem nicht dargestellten Substratträger dar, auf den die Halbleiterschicht 26 aufgewachsen ist. Der Substratträger 26 wird zu einem späteren Zeitpunkt nach einem Transfer auf eine Backplane oder einem Hilfsträger wieder abgelöst. Nach einer Fertigung der einzelnen Halbleiterschichten mit einem dazwi- sehen angeordneten aktiven Bereich 28 wird eine Fotomaske 50 aufgebracht und strukturiert, so dass die Oberfläche auf dem Halbleitermaterial freiliegt, in der die optischen und elektri schen Trennelemente 16 gefertigt werden. In einem folgenden Schritt werden Gräben 16 für die elektrische und optische Tren nung geätzt und mit einem isolierenden oder dielektrischen Ma terial gefüllt. Dann wird die Fotomaske 50 zweckmäßigerweise nochmal strukturiert, so dass zum einen die Gebiete auf der Oberfläche freigelegt werden, in denen die elektrischen Trenn elemente 20 gefertigt werden. Zusätzlich wird ein kleiner zu sätzlicher Bereich um die elektrischen und optischen Trennele mente vom Fotolack befreit.
In einem folgenden Schritt wird nun Zn oder ein anderer Dotier stoff aufgebracht und eindiffundiert. Diese Schritte können un ter anderem mit den in dieser Anmeldung offenbarten Verfahren vorgenommen werden. Durch das sich ergebende Quantenwellinter- mixing wird die Bandlücke in diesen Bereichen erhöht, so dass Ladungsträger eine zusätzliche Energiebarriere sehen. Dadurch wird eine gewisse elektrische Trennung zwischen den einzelnen Subpixeln erreicht. Durch Quantenwellintermixing um die opti schen und elektrischen Trennelemente 16 herum wird eine Barriere erzeugt, welche Ladungsträger von potentiellen Rekombinations zentren und Defekten fernhält, welche durch den Ätzprozess er zeugt wurde. Anschließend wird der Fotolack wieder entfernt und der Wafer weiter prozessiert.
In Figur 137 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum Kalib rieren eines Pixelelementes 12 gezeigt. Hierbei wird in einem ersten Schritt 110 ein Subpixel 18 eines Pixelelementes 12, wie vorgehend und nachstehend beschrieben, angesteuert. Dieses An steuern des Subpixels 18 soll einen Test der Funktion des be treffenden Subpixels 18 erlauben. Dies kann beispielsweise durch Steuersignale einer Ansteuerelektronik erfolgen, was wiederum durch eine separate Kontaktierung jedes einzelnen Subpixels 18 ermöglicht werden kann. In einem folgenden Schritt 120 erfolgt ein Erfassen einer Defektinformation eines Subpixels 18. Mit anderen Worten wird hier eine Information erzeugt, ob der be treffende Subpixel 18 korrekt funktioniert. Eine solche Defektinformation kann beispielsweise ein Flag oder ein bestimmter Wert sein, der Informationen über eine korrekte Funktion des Subpixels 18 enthält. Diese Defektinformation kann gemäß einem folgenden Schritt 130 beispielsweise in einer Spei chereinheit einer Ansteuerelektronik gespeichert werden. Dies kann dazu dienen, defekte Subpixel durch entsprechend angepasste Ansteuersingale der zugehörigen Subpixel derselben Wellenlänge zu kompensieren und hierdurch eine korrekte Funktion des gesam ten Pixelelementes 12 zu erreichen. In einem Beispiel kann das Subpixeltrennelement 20 derart aus geführt sein, dass ein optischer Crosstalk zwischen Subpixeln 18 gleicher Farbe oder Wellenlänge möglich ist, wobei das Sub pixeltrennelement 20 zwischen Subpixeln 18 verschiedener Farbe oder Wellenlänge optisch trennend ausgeführt ist.
Eine Erweiterung von pixelierten oder anderweitigen Emittern, bei denen ein optisches und elektrisches Übersprechen zwischen Pixeln eines Arrays durch eine Pixelstruktur mit einer Materi albrücke verhindert wird zeigt Figur 138. Diese stellt einen Ausschnitt eines Arrays A in einem Querschnitt dar, bei dem zwei benachbarte optoelektronischer Pixel P durch eine Materialbrü cke verbunden sind.
Das Array A weist zwei optoelektronische Pixel P in Form ver- tikaler m-LEDs auf, die ganzflächig hergestellt wurden. Jedes Pixel P umfasst eine n-dotierte Schicht 1, eine p-dotierten Schicht 3 sowie eine zur Lichtemission geeignete aktive Zone 5. Zwischen den beiden ausgebildeten Pixeln P wurde Material der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her entfernt. Es verbleibt lediglich ein dünner Materi alübergang 9 mit einer maximalen Dicke dc, der die aktive Schicht 5 sowie eine dünne Mantelschicht 7 umfasst. Die Mantelschicht kann herstellungstechnisch aus dem gleichem Material wie die Schichten 3 bzw. 5 gebildet werden, der Materialübergang ist deutlich länger als dick. Die Dicke dc ist so gewählt, dass sich im Materialübergang keine elektromagnetische Welle ausbreiten kann. Optische Moden werden somit unterdrückt. Mit anderen Wor ten ist die elektrische und/oder optische Leitfähigkeit des Materialübergangs 9 in Figur 138 in horizontaler Richtung wirk sam verringert sind.
Die infolge des Entfernens des Materials der Schichtfolge of fengelegten beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge 9 und offengelegte Oberflächenbereiche 11 der Pixel P sind mittels einer jeweiligen, insbesondere Siliziumdioxid aufweisenden, Passivierungsschicht 13 elektrisch isoliert und passiviert. Die Bereiche des entfernten Materials der Schichtfolge sind zudem mittels eines Füllmaterials 15 ausgefüllt. Schließlich sind die beiden Hauptoberflächen der Pixel P sind mittels Kontaktschich ten 33 elektrisch kontaktiert, wobei diese Endkontakte ausbil den können. Kontaktschichten 33 können transparentes Material, beispielsweise ITO, derart aufweisen, dass das von den Pixeln P erzeugtes oder empfangenes Licht das transparente Material durchstrahlt.
Die aktive Zone 5 umfasst ein oder mehrere Quantentöpfe oder andere Strukturen. Ihre Bandlücke ist auf die gewünschte Wel lenlänge des emittierten Lichtes abgestimmt. Die maximale Dicke dc ist derart gewählt, dass alle fundamentalen Moden daran ge hindert sind, sich entlang der aktiven Zone 5 der Materialüber gänge 9 zu dem nächsten Pixel P auszubreiten. Die maximale Dicke dc einer aktiven Zone 5 eines Materialübergangs 9 für diese Bedingung hängt von dem Brechungsindexunterschied zwischen der aktiven Zone 5 und den Mantelschichten 7 des einem Wellenleiter entsprechenden Materialübergangs 9 ab. Generell bedeutet dies, dass der Materialübergang möglichst dünn sein sollte. Zum einen wird dadurch ein Übersprechen optischer Moden erschwert, da sich die Welle nicht in horizontaler Richtung ausbreiten kann. Zum anderen wird durch die geringe maximalen Dicke dc ein weiteres elektrisches Übersprechen erschwert. Die dünnen die aktive Zone umgebende Mantelschichten 7 der aktiven Zone 5 zeigen generell einen hohen Flächenwiederstand und können nur wenig Strom tra gen. Eine weitere Verringerung reduziert auch hier durch den steigenden Widerstand ein elektrisches Übersprechen.
Die maximale Dicke dc hängt zudem von dem Brechungsindex und der Dicke der aktiven Zone 5 ab. Dabei ist die maximale Dicke dc größer oder gleich der Dicke der aktiven Zone 5. Die maximale Dicke dc hängt ebenso von dem Abstand zwischen den benachbarten Pixeln P ab . Je größer der Abstand, desto größer kann die ma ximale Dicke dc sein. Ein vorgeschlagener Bereich der maximalen Dicke dc liegt bei b lpm und b 30nm. Die in Figur 138 dargestellten Schichten weisen Dicken auf, die von den verwendeten Materialien, einschließlich der dotierenden Materialien, dem Dotierungsprofil der Konzentration gegenüber der Tiefe, den Winkeln der Seitenwände, der Pixelgröße, den Pixelzwischenräumen und der Gesamtarraygröße abhängen. Eine un- tere Grenze für die Gesamtdicke liegt bei circa 100 nm.
Geeignete Materialsysteme für die Pixel P sind beispielsweise In (Ga, Al) As (Sb, P) , SiGe, Zn (Mg, Cd) S ( Se, Te ) , Ga (Al ) N, HgCdTe. Geeignete Materialien für Kontaktschichten 33 sind Metalle wie beispielsweise Au, Ag, Ti, Pt, Pd, Cr, Rh, Al, Ni und derglei chen, alleine oder als Legierungen mit Zn, Ge, Be. Dieses Ma terial kann zudem als das Füllmaterial 15 verwendet werden, das dann zusätzlich zur Füllfunktion als Bondmaterial dient. Lei tendes Material hat zudem mögliche reflektierende und andere Eigenschaften. Transparente leitende Oxide wie beispielsweise ZnO oder ITO (InSnO) können ebenso als Kontaktschichten 33 zur Kontaktierung verwendet werden und stellen ebenso einen gemein samen Kontakt für entweder die p-Seite oder die n-Seite des Arrays bereit.
Dielektrika wie beispielsweise Fluoride, Oxide und Nitride von Ti, Ta, Hf, Zr, Nb, Al, Si, Mg können als transparente Isola toren verwendet werden. Dieses Material kann für Passivierungs schichten 13 verwendet werden. Dieses Material kann zudem als das Füllmaterial 15 verwendet werden, das dann zusätzlich zur Füllfunktion als elektrischer Isolator dient. Werte der Bre chungsindizes der aktiven Zone 5 und der Mantelschichten 7 hän gen vollständig von den verwendeten Materialien ab. Die maximale Dicke dc hängt ebenso von dem Brechungsindex des mittels der Passivierungsschicht 13 und/oder des Füllmaterials 15 erzeugten Dielektrikums ab. Je kleiner der Brechungsindexun terschied zwischen aktiver Zone 5 und Dielektrikum ist, desto größer kann die maximale Dicke dc für ein gleiches Übersprechen sein.
Figur 139 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays A in einem Querschnitt. Das hier in Figur 139 darge stellte Array A unterscheidet sich zu dem in Figur 138 darge- stellten Array A darin, dass ein eine relativ kleine Bandlücke aufweisendes , Licht absorbierendes Material 17 die Bereiche des entfernten Materials der Schichtfolge zumindest teilweise aus füllt. Des Weiteren liegt das Licht absorbierende Material 17 direkt an den Materialübergängen 9 an, da an diesen keine Pas- sivierungsschichten 13 ausgebildet sind. Lediglich offengelegte Oberflächenbereiche 11 der Pixel P sind mittels einer jeweiligen Passivierungsschicht 13 elektrisch isoliert und passiviert. De ren Material kann beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen, so dass es nicht zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen Mate- rial 3 und 17 kommt. In Figur 139 - dort nicht dargestellt - ist alternativ lediglich eine - in Figur 139 obere oder untere - Seite des Materialüber gangs 9 zwischen den beiden Pixeln P durch das Licht absorbie rende Material 17 ausgefüllt. An der anderen Seite wird bei- spielsweise ein Füllmaterial 15 an dem Materialübergang 9 aus gebildet, wobei zwischen diesen die Passivierungsschicht 13 verbleibt. Durch die Verwendung des Licht absorbierenden Mate rials 17 wird eine zusätzliche Unterdrückung von optischem Über sprechen bereitgestellt. Das Licht absorbierende Material 17 zwischen den Pixeln P verringert eine Wellenleitung durch Ab sorption des Lichts, das im Bereich der Materialübergänge 9 aus der aktiven Zone 5 austritt . Es erfolgt eine Dämpfung der Wel lenleitung entlang der Materialübergänge 9. Als Licht absorbierendes Material 17 eignen sich Metalle, Le gierungen, Dielektrika oder Halbleiter mit einer kleineren Band lücke als die Bandlücke des im zunächst als Wellenleiter wir kenden Materialübergang 9. Damit ist auch die Energie des Lichts größer, so dass es vom Material 17 absorbiert wird. Beispiels- weise kann floatendes Auge verwendet werden, das 50% von roten Wellenlängen absorbiert. Das Licht absorbierende Material 17 wird an die Materialübergänge 9 beispielsweise mittels CVD (Che mical vapour deposition; chemische Gasphasenabscheidung) oder PVD (physical vapour deposition; physikalische Gasphasenab- Scheidung) durch Erzeugung epitaktischer Schichten aufgewach sen. Das Licht absorbierende Material 17 wurde hier an die Mantelschichten 7 aufgebracht oder aufgewachsen .
Figur 140A zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Pixelarrays A in einem Querschnitt. An die Stellen des von der n-dotierten und/oder von der p-dotierten Seite her entfernten Materials der Schichtfolge des Pixelarrays ist ein Material 19 mit einem zum entfernten Material, insbesondere zu dem dotierten Material oder einem Füllmaterial 15, vergrößerten Brechungsindex ausgebildet, der aber nicht größer als der Bre chungsindex der Mantelschichten 7 oder der aktiven Zone 5 sein sollte. Dadurch wird ebenfalls die Wellenleitung im Material übergang 9 gedämpft. Die Schichtfolge auf dem Substrat 35 ist schließlich von einer schützenden Deckschicht 37 bedeckt.
Das Material 19 mit vergrößertem Brechungsindex wird an die Materialübergänge 9 beispielsweise mittels chemischer oder phy sikalischer Gasphasenabscheidung epitaktisch aufgewachsen . Das Aufbringen oder Aufwachsen erfolgt nach dem Entfernen des ur sprünglichen n-dotierten und/oder p-dotierten Schichtmaterials zwischen jeweils zwei Pixeln P und nach einem Passivieren of fengelegter Oberflächenbereiche 11, insbesondere Seitenflächen, der Pixel P mittels Aufbringen von Passivierungsschichten 13.
Das Material 19 mit vergrößertem Brechungsindex wurde hier an die Mantelschichten 7 aufgebracht oder aufgewachsen . An den Materialübergängen 9 sind keine Passivierungsschichten 13 aus gebildet. Dies stellt der Bereich unterhalb des Materialüber- gangs 9 dar. Beispielweise kann GaAs als Material 19 mit ver größertem Brechungsindex an eine AlGaAs aufweisenden aktiven Zone 5 eines Materialübergangs 9 angewachsen sein. Alternativ wird das Material 19 mit vergrößertem Brechungsindex ausgebil det, indem ein den Brechungsindex vergrößerndes Material 21 in ein Füllmaterial 15 bis zu den oder in die Mantelschichten 7 hinein eindiffundiert oder implantiert wurde. Dies stellt in Figur 140A der Bereich oberhalb des Materialübergangs 9 dar. Das Material 19 mit vergrößertem Brechungsindex kann in Figur 140A oberhalb des Materialübergangs 9 und/oder unterhalb des Materialübergangs 9 ausgebildet sein. Ein von Material 19 mit größerem Brechungsindex freier Bereich kann mit einem Füllma terial 15 ausgefüllt sein.
Figur 140B zeigt eine Simulation der Ausbreitung des Lichts im Bereich des Materialübergangs des dritten Ausführungsbeispiels eines Pixelarrays nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dargestellt ist der Querschnitt eines Materialübergangs 9, bei dem lediglich eine obere Seite geätzt und mit einem Material 19 mit einem vergrößerten Brechungsindex aufgefüllt wurde. Das Material 19 mit einem vergrößerten Brechungsindex hat einen Brechungsindex äquivalent zum Quantenwellmaterial 5. Das heißt, die aktive Zone 5 und das Material 19 mit vergrößertem Brechungsindex sind in dem Diagramm dunkelgrau dargestellt. Die Mantelschicht 7 bezie hungsweise nicht geätztes Halbleitermaterial einer n-dotierten Schicht 1 und ein Füllmaterial 15 sind weiß dargestellt.
Die O,ΐmih dicke Schicht ist die aktive Zone 5 beziehungsweise der Bereich des Quantumwellmaterials. Die 0,05 m dicke Schicht ist noch „Restcladding" beziehungsweise eine verbliebene Man- telschicht 7. Die lpm dicke Schicht ist das Material 19 mit dem vergrößerten Brechungsindex.
Im Bereich des Materialübergangs 9 zwischen zwei Pixeln P ist an einer unteren, einen Brechungsindex von 3 aufweisenden un- geätzten n-dotierten Schicht 1 eine aktive Zone 5 mit einem Brechungsindex von 3,5 und einer Schichtdicke von O,ΐmih ange ordnet. An dieser ersten inneren Schicht ist eine Mantelschichte 7 mit einem Brechungsindex von 3 als zweite innere Schicht des Materialübergangs 9 mit einer Schichtdicke von 0,05gm ausgebil- det. Daran ist eine relativ dicke dritte innere Schicht eines Materials 19 mit einem vergrößerten Brechungsindex von 3,5 und einer Schichtdicke von lpm ausgebildet. Die dritte innere Schicht ist von einer ein Füllmaterial 15 aufweisenden Schicht mit einem Brechungsindex von beispielsweise ca. 3 bedeckt.
Für eine Simulation an diesem Schichtaufbau wurde von einer Vakuumlichtwellenlänge von 0, 63pm ausgegangen. Das erzeugte Licht kann hier TM- und/oder TE- polarisiert sein. Man spricht von TM-polarisiertem Licht, wenn die Richtung des magnetischen Feldes senkrecht zu der durch Einfallsvektor und Flächennormale aufgespannten Ebene ("Einfallsebene") liegt (TM = transversal magnetisch) , und von TE-polarisiertem Licht, wenn das elektri sche Feld senkrecht auf der Einfallsebene steht (TE = transver sal elektrisch) . Für die Simulation stellt Figur 140B mit der x-Achse den Wert einer räumlichen Erstreckung x in pm dar. Die y-Achse zeigt den Wert einer y-Komponente einer elektrischen Feldstärke E. Figur 140B zeigt, wie eine fundamentale Mode TEO aus der aktiven Zone 5 austritt und durch die weiteren optischen Barrieren gestoppt wird, die zwischen zwei Pixeln P oberhalb und/oder unterhalb des als Wellenleiter wirkenden Materialüber gangs 9 vorhanden sind. Die optischen Barrieren sind hier die Grenzflächen zwischen den Schichten unterschiedlicher Bre chungsindizes gemäß dem vorstehend beschriebenen Schichtaufbau der Figur 140A. Die fundamentale Mode TEO tritt in die dicke dritte innere Schicht aus Material 19 mit vergrößertem Bre chungsindex ein und gelangt nicht in das benachbarte Pixel P.
In der Praxis ist ein Material mit einem größeren Brechungsindex häufig ebenso ein stärker absorbierendes Material, und zwar insbesondere aufgrund einer kleineren Bandlücke.
Figur 141 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays A in einem Querschnitt. Zu den anderen Figuren 141 bis 140A gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in Figur 141 gleiche Merkmale. Im Unterschied zu einem Aufbau gemäß Figur 138 ist hier zwischen zwei Füllschichten 15 und zwei Passivierungs schichten 13 in die aktive Zone 5 eines Materialübergangs 9 zusätzliches Material 23, 24 eingebracht, dass wirksam elekt rische und/oder optische Leitfähigkeiten des als Wellenleiter wirkenden Materialübergangs 9 verringert. Das zusätzliche Ma terial ist zum einen ein eine Lichtabsorption in der aktiven Zone 5 des Materialübergangs 9 vergrößerndes Material 23. Ein Vergrößern von Absorption in der aktive Zone 5 zwischen Pixeln P erfolgt durch Verringerung der Bandlücke des Materials der aktiven Zone 5. Hierfür werden Bandlücken verkleinernde Elemente in die aktive Zone 5 des Materialübergangs 9 implantiert oder eindiffundiert. Es werden insbesondere Dotierstoffe in den zent ralen Bereich der aktiven Zone 5 zwischen Pixeln P diffundiert oder implantiert. Die Verringerung der Bandlücke erfolgt auf- grund einer sogenannten Bandlücken-Renormalisierung . Je größer die Menge des entlang eines Materialübergangs 9 eingebrachten Materials 23 ist, desto größer ist die Absorption von Licht in der aktiven Zone 5. Alternativ oder kumulativ ist das zusätzliche Material zum an deren ein einen elektrischen Widerstand in der aktiven Zone 5 des Materialübergangs 9 vergrößerndes Material 24. Hierfür wer den den elektrischen Widerstand vergrößernde Elemente in die aktive Zone 5 des Materialübergangs 9 implantiert oder eindif- fundiert. Diese weitere Vergrößerung des elektrischen Wider stands dient zur weiteren Verringerung des elektrischen Über sprechens von einem Pixel P zum benachbarten Pixel P. Beispiels weise kann zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands Fe in eine InGaAsP aufweisende aktive Zone 5 eines Materialübergangs 9 eingebracht werden. Je größer die Menge des entlang eines
Materialübergangs 9 eingebrachten Materials 24 ist, desto grö ßer ist die Vergrößerung des elektrischen Widerstands der ak tiven Zone 5 des Materialübergangs 9 zwischen zwei Pixeln P. Beide Materialien 23, 24 werden vor einem Aufbringen von Pas sivierungsschichten 13 in die aktive Zone 5 eines jeweiligen Materialübergangs 9 eindiffundiert oder implantiert.
Figur 142A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Pi- xelarrays A in einem Querschnitt, bei dem im Unterschied zu einem Aufbau in Figur 138 im Bereich des Materialübergangs eine optische Struktur 25 eingebracht ist. Die Struktur 25 ist zwi schen zwei Füllschichten 15 und zwei Passivierungsschichten 13 entlang der aktiven Zone 5 eines Materialübergangs 9 einge- bracht. Diese verringert eine optische Leitfähigkeit des als Wellenleiter wirkenden Materialübergangs 9 zwischen zwei Pixeln P. Eine Wellenleitung wird reduziert. Optische Strukturen 25 sind können ein photonischer Kristall und ein Bragg-Spiegel oder eine andere dielektrische Struktur sein. Die Struktur 25 bildet entlang dem Materialübergang 9 über, unter oder auf beiden Sei ten der aktiven Zone 5 periodische Struktur des Brechungsindex aus, welches zu einer optischen Bandlücke führt und die Aus breitung von Photonen entlang des Materialübergangs unterbin det .
Die Periodizität der optischen Strukturen hängt von den Licht wellenlängen, der Größe der optischen Strukturen, der Länge des strukturierten Materialübergangs 9 und den Brechungsindizes der verwendeten Materialien ab. In Figur 142A ist lediglich eine optische Struktur 25 an einer unteren Seite des als Wellenleiter wirkenden Materialübergangs 9 dargestellt. Diese optische Struktur 25 kann ebenso an der oberen Seite des als Wellenleiter wirkenden Materialübergangs 9 ausgebildet sein. Die in Figur 142A dargestellte optische Struktur 25 ist ein Bragg-Spiegel. Nach einem Ausbilden der optischen Strukturen 25 erfolgt ein Aufbringen von Passivierungsschichten 13.
Eine Erweiterung des Beispiels aus Figur 142A ist in Figur 142B dargestellt. Auf der Oberfläche wird ein Konvertermaterial 41 bzw. 42 aufgebracht. Das Konvertermaterial 41 und 42 reicht jeweils bis ungefähr zur Mitte zwischen zwei m-LEDs . Da die Wände der m-LED selbst reflektierend ausgestaltet sind, wird das in der aktiven Schicht einer m-LED erzeugte Licht von diesen in Richtung des Konvertermaterials gelenkt. Licht, welches von der m-LED in das Konvertermaterial tritt, wird dort konvertiert. Durch eine optionale reflektierende Schicht zwischen den Kon vertermaterialien wird ein Übersprechen verhindert.
Auf der Oberfläche der Konvertermaterialien sind photonische Strukturen 34 und 37 auf jedem Pixel abgeschieden, um das Licht zu richten. In einer alternativen Ausführung reicht die photo- nische Struktur bis in das Konvertermaterial oder auch in das Halbleitermaterial . Figur 143 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Pixelarrays A in einem Querschnitt. Im Unterschied zu einem Aufbau gemäß Figur 139 sind hier in zwei Füllschichten 15, entlang der aktiven Zone 5 eines Materialübergangs 9, an beiden Hauptoberflächen des als Wellenleiter wirkenden Materi- alübergangs 9 zusätzlich zwei einander gegenüberliegende elekt rische Kontakte 27 eingebracht, die wirksam zwischen zwei Pixeln P elektrische und/oder optische Leitfähigkeiten des als Wellen leiter wirkenden Materialübergangs 9 verringert. Diese einander gegenüberliegenden elektrischen Kontakte 27 legen eine elekt- rische Vorspannung (Bias) an beide Hauptoberflächen eines je weiligen Materialübergangs 9 zwischen zwei Pixeln P an.
Mittels der angelegten elektrischen Vorspannung (Bias) wird ein statisches elektrisches Feld erzeugt, mittels dessen die opti- sehen Eigenschaften des zunächst als Wellenleiter wirkenden Ma terialübergangs 9 derart verändert sind, dass eine Wellenlei tung entlang des Materialübergangs 9 wirksam verringert ist.
Infolge des Anlegens der elektrischen Vorspannung (Bias) an den zunächst als Wellenleiter wirkenden Materialübergang 9 zwischen den Pixeln P, wird eine Absorption des Lichts in dem Wellenlei ter mittels des sogenannten „quantum confined Stark"- Effekts (QCSE; beschränkter Stark-Effekt ) vergrößert, wie dies bei spielsweise bei einem Elektroabsorptionsmodulator genutzt wird. Bei einem Elektroabsorptionsmodulator wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine Fundamentalabsorption eines Halblei ters wirksam vergrößert. Entsprechend ist ein optisches Über sprechen zwischen Pixeln P verringert. Als elektrische Kontakte 27 eignen sich herkömmliche Schottky-Kontakte oder Metall-Iso- lator-Kontakte . Weiterhin eignet sich alles, was für ein Band biegen ohne Stromfluss herkömmlicherweise verwendet wird. Nach einem Ausbilden der beiden einander gegenüberliegenden elektrischen Kontakte 27 erfolgt ein Aufbringen von Passivie rungsschichten 13 an den beiden einander gegenüberliegenden elektrischen Kontakten 27, insbesondere an deren Oberflächen, an denen Füllmaterial 15 ausgebildet wird und die an die Pixel P angrenzen. Zu den anderen Figuren 138 bis 142A gleiche Be zugszeichen kennzeichnen in Figur 143 gleiche Merkmale.
Figur 144 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Pixelarrays A in einem Querschnitt. Im Gegensatz zu der Ausführung in Figur 143 wird hier ein elektrisches Feld inhärent, d.h. durch die Wahl eines geeigneten Materialsystems erzeugt. Dazu sind mindestens eine Schicht n-dotierten Materi als 29 und/oder p-dotierten Materials 31 an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen eines Materialübergangs 9 derart angeordnet, dass durch diesen ein elektrisches Feld erzeugt ist, das damit ohne weitere Mittel in den Materialübergang 9 einge baut ist. Wird lediglich eine Schicht dotierten Materials an einer der beiden Hauptoberflächen des Materialübergangs 9 aus gebildet und ist die Schicht an der anderen Hauptoberfläche des Materialübergangs 9 undotiert, wird ein sognannte Verarmungs feld bereitgestellt, das als elektrisches Feld zur Vergrößerung von Lichtabsorption im Materialübergang 9 ausreicht. Alternativ wird das elektrische Feld zur Vergrößerung der Lichtabsorption im Materialübergang 9 dadurch erzeugt, dass eine Schicht n- dotierten Materials 29 an einer Hauptoberfläche des Material übergangs 9 und eine Schicht p-dotierten Materials 31 an der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Materialübergangs 9 aus gebildet wird. Das zur Bereitstellung des elektrischen Feldes verwendete Ma terial, insbesondere das n-dotierte Materials 29, das p-dotierte Material 31 und gegebenenfalls das undotierte Material werden mittels CVD (chemisches Abscheiden aus der Gasphase) oder PVD (physikalisches Abscheiden aus der Gasphase) derart epitaktisch aufgewachsen, dass zwischen benachbarten Pixeln P an den dünnen Wellenleiter eine eingebaute Vorspannung (Bias) bereitstellt wird. Zur n- und p- Dotierung kann beispielsweise InGaAlP mit tels Si und Zn dotiert werden.
Mittels des dotierten Materials 29 und/oder 31 wird eine Vor spannung (Bias) bereitgestellt, die eine gleiche Wirkung wie die Ausführungsform gemäß Figur 143 hat. Des Weiteren liegt das das elektrische Feld bereitstellende Material direkt an den Materialübergängen 9 an, da an diesen keine Passivierungsschich ten 13 notwendig. Lediglich offengelegte Oberflächenbereiche 11 der Pixel P sind mittels einer jeweiligen Passivierungsschicht 13 elektrisch isoliert und passiviert. Deren Material kann bei spielsweise Siliziumdioxid aufweisen. Die Pixel P sind mittels elektrischer Kontaktschichten 33 elektrisch angeschlossen.
Figur 145 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines Pixelarrays A in einem Querschnitt. Bei dieser wurde die aktive Zone 5 kontrolliert geätzt. Mit anderen Worten wird hier eine Schädi- gung der aktiven Zone 5 oder das Entstehen von Defekten in der aktiven Zone 5 im Bereich des Materialübergangs kontrolliert zugelassen. Nach Figur 145 ist der Materialübergang 9 in dessen Mitte zu den beiden Pixeln P, zwischen denen der Materialüber gang 9 ausgebildet ist, vollständig unterbrochen. An den Über- gängen zu den beiden Pixeln P ist der Materialübergang 9 mit einer maximalen Dicke dc ausgebildet.
Figur 146 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel eines Pi xelarrays A. Auf der linken Seite sind zwei verschiedene Aus- führungsbeispiele der Unterdrückung von Übersprechen zwischen zwei benachbarten Pixel P im Querschnitt dargestellt. Die obere Variante VI zeigt das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 138. Die untere Variante V2 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 142A. Auf der rechten Seite ist eine Draufsicht auf vier zueinander benachbarte Pixel P dargestellt.
Jedem Pixel P sind vier benachbarte Pixel P zugeordnet, wobei hier entlang einer x-Richtung Materialübergange 9 entsprechend der zweiten Variante V2 ausgebildet sind. Entlang einer y-Rich- tung sind die Materialübergänge 9 gemäß der ersten Variante VI ausgebildet. Grundsätzlich kann jeder Materialübergang 9 zu den anderen Materialübergängen 9 verschieden ausgeführt sein, und zwar entsprechend den in dieser Anmeldung beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen. Grundsätzlich können Materialübergänge 9 ent- lang einer jeweiligen Raumrichtung gleich ausgeführt sein. Die Materialübergänge 9 können entsprechend gewünschter Muster aus gebildet sein. Ausführungsformen der Materialübergänge 9 ent lang einer jeweiligen Raumrichtung können sich abwechseln. Auf diese Weise sind bei einem Array A gemäß dieser Anmeldung alle möglichen Ausführungsbespiele beziehungsweise Varianten sowie Kombinationen von Ausführungsbeispielen der Materialüber gange 9 umfasst. Anhand der Draufsicht in Figur 146 ist er sichtlich, dass alle Varianten V beispielsweise richtungsabhän- gig kombiniert werden können. Dies betrifft ebenso alle mögli chen Formen von Pixeln P, die rund oder eckig, insbesondere hier rechteckig, sein können.
Figur 147 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Pixelarrays A. Das Verfahren zur Herstellung eines Arrays A optoelektronischer Pixel P weist dazu folgende Schritte auf. Mit einem ersten Schritt S1 wird entlang des Arrays A eine ganzflächige Schichtfolge einer n- dotierten Schicht 1 und einer p-dotierten Schicht 3 erzeugt, zwischen denen eine aktive Zone 5 ausbildet wird. Verschiedene Techniken sind in dieser Anmeldung ausgeführt und offenbart.
Mit einem zweiten Schritt S2 wird zwischen auszubildenden Pixeln P, insbesondere mittels Ätzens, Material der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her ent fernt. Dies erfolgt derart, dass zumindest die aktive Zone als Materialübergang überbleibt. Ebenso können dünne Mantelschich ten 7 oberhalb oder unterhalb oder auf beiden Seiten der aktiven Zone 5 im Materialübergang 9 verbleiben. Die dicke dc ist so deutlich reduziert und optische Moden können sich nicht lateral zwischen den Pixeln ausbreiten. Ebenso wird durch den höheren wiederstand ein elektrisches Übersprechen reduziert. Insgesamt verringert sich die elektrische und/oder optische Leitfähigkeit der Materialübergänge 9.
Die Dicke dc ist ausreichend dünn, was laut Vorgaben für das Array A oder für eine gewünschte Vorrichtung hinsichtlich Hel ligkeit oder Ansprechempfindlichkeit erforderlich ist. Die Di cke im Bereich des Materialübergangs hängen unter anderem von dem Materialsystem und der Wellenlänge des emittierten lichtes ab .
In einem Aspekt erfolgt ein Ätzen von beiden Seiten bis zu oder in die dünnen Mantelschichten 7 an jeder Seite der aktiven Zone 5 oder bis zu der aktiven Zone 5, derart, dass alle fundamen talen Moden daran gehindert sind, sich entlang der aktiven Zone 5 zu dem nächsten Pixel P auszubreiten. Die maximale Dicke dc einer aktiven Zone 5 eines Materialübergangs 9 für diese Bedin gung hängt von dem Brechungsindexunterschied zwischen der ak tiven Zone 5 und den Mantelschichten 7 des als ein Wellenleiter wirkenden Materialübergangs 9 ab. Ein Verringern der maximalen Dicke dc bewirkt eine Reduzierung eines optischen Übersprechens, da mehr Licht aus dem Wellenlei ter austritt. Eine Reduzierung der Dicke dc bedeutet zudem eine Reduzierung eines elektrischen Übersprechens. Die dünnen undo tierten Mantelschichten 7 der aktiven Zone 5 sind und die zwi schen einzelnen Pixel P verbleiben, können kaum Strom tragen. Dies verringert deshalb elektrisches Übersprechen.
Mit weiteren Schritten S3 bis S5 können nach dem Ätzen die einzelnen Pixel P und der Wellenleiter mit anderen notwendigen Materialien zur weiteren Unterdrückung optischen und/oder elektrischen Übersprechens außerhalb des Wellenleiters bedeckt werden. In schritt S3 werden die offengelegten Hauptoberflächen der Materialübergänge 9 und offengelegten Oberflächenbereiche 11 der Pixel P mittels einer jeweiligen, insbesondere Silizi umdioxid aufweisenden, Passivierungsschicht 13 elektrisch iso liert und passiviert. Das elektrische Isolieren und Passivieren der offengelten Hauptoberflächen der Materialübergänge 9 kann entfallen, je nachdem welche Maßnahme im vierten Schritt S4 zur Verringerung von Übersprechen angewendet wird.
Mit einem vierten Schritt S4 erfolgt von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her, dass zumindest teilweise das entfernte Material beispielsweise mittels eines Füllmate rials 15 ersetzt wird. In Schritt S5 werden auf den Hauptober flächen der Pixel P Kontaktschichten 33 aufgetragen und so die Struktur elektrisch kontaktiert. Gemäß einer Ausführung werden die Schritte S1 bis S5 erst für eine Hauptoberfläche des Arrays und danach nach einem Substratwechsel für die andere Hauptober fläche des Arrays ausgeführt.
Zur weiteren Verringerung von optischem und/oder elektrischem Übersprechen können in dem vierten Schritt S4 kumulativ zur Ausbildung der Materialübergänge 9 mit der maximalen Dicke dc weitere Maßnahmen ergriffen. Einige sind hier beispielshaft aufgeführt, andere weiter oben zu den verschiedenen Ausführun gen beschrieben. So kann von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her, Bereiche des entfernten Materials anstelle eines Füllmaterials 15 alternativ mit Licht absorbie rendem Material 17 und/oder mit Licht stärker brechendem Mate rial beziehungsweise Material 19 mit vergrößertem Brechungsin dex, ausgefüllt werden. Es erfolgt hier kein Ausbilden einer Passivierungsschicht 13 an den Materialübergängen 9.
Des Weiteren können in dem vierten Schritt S4 alternativ oder kumulativ die Lichtabsorption und/oder der elektrische Wider stand der aktiven Zone 5 vergrößert werden. Hierbei sollte zudem dann auch eine Passivierungsschicht 13 an den Materialübergän gen 9 aufgebracht werden.
Das Anwenden dieser Konzepte erlaubt die Herstellung von Arrays A optoelektronischer Pixel P, insbesondere von Mikropixel-Emit- ter- und Detektor-Arrays ohne Ätzung durch die aktive Zone 5, ohne optisches und elektrisches Übersprechen und ohne Leistungs und Zuverlässigkeits-Probleme im Vergleich zu Lösungen mit ge ätzten aktiven Zonen.
Figur 180 zeigt eine modulare Architektur von Untereinheiten von m-LEDs . Diese zeigen verschiedene horizontale m-LEDs die in sogenannten Basismodulen zur Bereitstellung von m-LED-Modulen zusammengefasst sind. Das Basismodul umfasst einen Schichten stapel, der eine an einem Träger bzw. Ersatzträger 1 ausgebil dete erste Schicht 3 aufweist, an der eine aktive Schicht 7 und an dieser eine zweite Schicht 5 ausgebildet ist. Ein erster Kontakt 9 ist an einem dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbe reich der zweiten Schicht 5 aufgebracht, wobei ein zweiter Kon takt 11 an einem dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht 3 angeschlossen ist. Der zweite Kontakt 11 ist mittels eines Dielektrikums 10 zur aktiven Schicht 7 und zur zweiten Schicht 5 elektrisch isoliert und zu und an dem dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht 5 verlaufend ausgebildet.
Bei der Herstellung des Basismoduls muss ein dem Träger 1 ab- gewandter Oberflächenbereich der ersten Schicht 3 nach der Er zeugung des Schichtenstapels offengelegt werden. Das heißt, an einem Randbereich des Schichtenstapels wird Material der zwei ten Schicht 5, der aktiven Schicht 7 und teilweise der ersten Schicht 3 wieder entfernt.
Dies kann beispielsweise mittels einer Flankenstrukturierung des mindesten eines Schichtenstapels, insbesondere von der Seite der zweiten Schicht 5 her, ausgeführt werden, wobei insbesondere in einem Flankenstrukturierungsbereich 13 ein den mindestens einen Schichtenstapel umlaufender Graben erzeugt wird. Ein Schichtenstapel kann ebenso als eine Mesastruktur bezeichnet werden. Der Graben wird auch als Mesagraben bezeichnet. Die Flanken eines Schichtenstapels werden entsprechend Mesaflanken genannt. Diese Strukturierung wird mittels entsprechenden Mas- ken ausgeführt.
Bei einer Flankenstrukturierung können, insbesondere mittels induktiv gekoppeltes Plasma ICP oder reaktives Ionenätzen RIE, weggeätzte Bereiche anschließend mittels Chemical vapor depo- sition (chemisches Abscheiden aus der Gasphase) mit einer Iso lationsschicht oder einem Dielektrikum 10, beschichtet werden, als Dielektrikum komm SiO oder auch ZnO zum Einsatz. Der zweite Kontakt 11 kann ITO (Indiumzinnoxid) aufweisen und wird mittels Sputtern oder physical vapor deposition (physikalisches Ab- scheiden aus der Gasphase) erzeugt.
Es kann eine Vielzahl von Basismodulen als eine Matrix entlang einer X-Y-Ebene entlang mindestens einer Zeile und entlang min destens einer Spalte auf einem Träger 1 erzeugt werden. Dazu ist am rechten Randbereich neben der flachen auch eine weitere, eine tiefe Flankenstrukturierung durch den Träger 1 und die erste Schicht 3 hindurch ausgeführt. Der Bereich 15 korrespon diert zu der tiefen Flankenstrukturierung Auf diese Weise kann ein Modul aus einer Matrix einer Mehrzahl von Basismodulen aus einem Träger 1 herausgelöst werden. Die tiefe Flankenstrukturierung kann mittels Ätzens, insbesondere trockenchemisches Ätzen oder Plasmaätzen ausgeführt werden. Figur 181 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Basismoduls B gemäß Figur 180 auf einem weiteren Träger bzw. Endträger 2 umgedreht angeordnet. Der weitere Träger bzw. Endträger 2 kann durchlässig für das von dem optoelektronischen Bauelement emit tierte Licht sein. Zudem ist das Material des Trägers 1 entfernt worden. Dies kann beispielsweise mittels Wegschleifen oder so genanntes Laser-Lift-Off (LLO) ausgeführt werden. Das Basismo dul B ist so als Flip-Chip auf dem weiteren Träger bzw. Endträ ger 2 angeordnet und dort kontaktiert. Figur 182 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 181 mit einem weiteren Basismodul B mit Flankenbereich 15 ' ohne Träger 1. Beide Basismodule B sind zueinander entgegengesetzt orien tiert, wobei damit gleiche Kontakte, und zwar erste Kontakte 9, zueinander benachbart angeordnet sind. Beide Basismodule B kön- nen ursprünglich auf dem Träger 1 in zwei benachbarten Zeilen einer Matrix ausgebildet worden sein. Nach einem Entfernen des Trägers 1 sind die Basismodule B umgedreht auf einem weiteren Träger oder Endträger 2 angeordnet worden. Die zwei benachbarten zueinander entgegengesetzt orientierten Basismodule B sind hier als ein gemeinsamer Schichtenstapel erzeugt worden. In diesem Fall wäre die gestrichelte Linie 17 ' in Figur 182 ein Oberflä chenbereich der zweiten Schicht 5 in der Mitte zwischen beiden Basismodulen. Um jedoch ein Übersprechen zu verhindern, ist die Schicht 5 in der Mitte mittels Strukturierung abgetragen. Die durchgezogene Linie 17 zeigt nach einer derartigen Strukturie rung, die auch die aktive Schicht durchtrennt, einen Oberflä chenbereich der ersten Schicht 3. Figur 183 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 182 mit getrennten Kontaktierungen der Kontakte . Erste Kontakte 9 und zweite Kontakte 11 sind elektrisch getrennt mit korrespondie renden Kontaktierungen auf dem Endträger 2 verbunden. Eine erste Kontaktierung 19 ist mit dem ersten Kontakt 9 eines jeden Moduls und eine zweite Kontaktierung 21 ist mit einem zweiten Kontakt 11 elektrisch verbunden. Die Kontakte 21 und 19 sind in vorhe rigen Schritten im Endträger 2 hergestellt. Die Basismodule werden dann auf dem Endträger 2 platziert und so eine elektri sche Verbindung erzeugt.
Wie in der vorherigen Ausführung ist auch hier der mittlere Bereich durch eine zusätzliche Strukturierung teilweise ent fernt. Alternativ kann sie auch bestehen bleiben. Figur 184 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 182 mit gemeinsamen Kontaktierungen der ersten Kontakte. Zweite Kon takte 11 sind elektrisch getrennt an Kontaktierungen des End trägers 2 angeschlossen. Eine an einer Oberfläche des Endträgers 2 aufgebrachte erste Kontaktierung 19 ist an zwei erste Kontakte 9 elektrisch angeschlossen. Zweite Kontaktierungen 21 sind ge trennt an zweite Kontakte 11 elektrisch angeschlossen.
Wie in der vorherigen Ausführung ist auch hier der mittlere Bereich durch eine zusätzliche Strukturierung teilweise ent- fernt. Alternativ kann sie auch bestehen bleiben.
Grundsätzlich können in den Figuren 182 bis 184 infolge einer tiefen Flankenstrukturierung zwischen den beiden Basismodulen B eine erste Schicht 3, eine Übergangsschicht 7 und eine zweite Schicht 5 vollständig entfernt werden. Die beiden Basismodule B können mittels Flip-Chip-Technologie an den weiteren Träger bzw. Endträger 2 kontaktiert werden.
Figur 185 zeigt oben eine weitere Darstellung eines Ausfüh- rungsbeispiels eines vorgeschlagenen Basismoduls B einer ein zelnen m-LED zur Bereitstellung eines unten dargestellten zwei Zeilen und zwei Spalten von Basismodulen B aufweisenden m-LED- Moduls . Das oben dargestellte Basismodul B kann hier auf einem Träger 1, aber ebenso ohne Träger bereitgestellt sein. Bei die- ser Draufsicht sind ein erster Kontakt 9 und ein zweiter Kontakt 11 sichtbar, und zusätzlich die erste Schicht 3, die Übergangs schicht 7 sowie die zweite Schicht 5 dargestellt.
Gemäß Figur 185 unten sind vier Basismodule B zu einem m-LED- Modul gruppiert worden. Bereits auf einem Träger 1 kann diese Matrix mit zwei Zeilen und zwei Spalten in einer X-Y-Ebene ausgewählt worden sein. Bei der Herstellung von benachbarten Zeilen auf dem Träger 1 können die Basismodule B einer Zeile gleich orientiert sein. Die untere Zeile weist hier Basismodule B auf, die zu den oberen Basismodulen B entgegengesetzt ange ordnet sind. Das in Figur 185 unten dargestellte m-LED-Modul kann nach einer flachen Flankenstrukturierung noch auf dem nicht dargestellten Träger 1 angeordnet sein. Es erfolgt eine Grup pierung in das rechteckige Leuchtdioden-Modul durch Auswählen eines Herauslösebereichs . Dieser wird mittels einer tiefen Flan kenstrukturierung entlang eines das m-LED-Modul umfassenden Rechtecks herausgelöst. Das so erzeugte 2 x 2 (zwei Zeilen mal zwei Spalten) m-LED-Modul weist eine Breite von circa 20 Mik rometern und eine Länge von circa 30 Mikrometern auf.
Figur 186A bis 186D zeigen vier Querschnitte zweier entgegen gesetzt orientierter Basismodule B, die umgedreht, d.h. als Flip-Chips an einem weiteren Träger bzw. Endträger 2 angeordnet sind. Ein Basismodul B kann eine Breite von circa 10 Mikrometer und eine Länge von 15 Mikrometern aufweisen. Je nach Maskierung bei einem Mesa-Ätzen insbesondere zur Bereitstellung einer fla chen Flankenstrukturierung können Vorläufer von m-LED-Modulen geschaffen werden, die nachfolgend insbesondere mittels einer tiefen Flankenstrukturierung aus einem Träger, insbesondere Träger 1, zum oder als Leuchtdioden-Modul herausgelöst werden können. Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Dielektrikum.
Gemäß Figur 186A sind zwei entgegengesetzt orientierte einzelne Basismodule B zueinander benachbart angeordnet. Deren erste Kontakte 9 liegen aneinander an, berühren sich aber nicht. Der Querschnitt gemäß Figur 186A zeigt, dass eine flache Flanken strukturierung von der Seite der zweiten Schicht 5 herausgeführt wurde. Dadurch wird ein flacher Graben geschaffen, der ein je weiliges Basismodul B beziehungsweise einen jeweiligen Schich- tenstapel umläuft. Eine tiefe Flankenstrukturierung erfolgte von der Seite der ersten Schicht 3 her, damit die einzelnen Basismodule getrennt sind. Dadurch werden zuerst mehrere noch miteinander verbundene Basismodule auf dem Endträger 2 platziert und dann mittels der Flankenstrukturierung von der Seite 3 her getrennt. Der ursprüngliche Träger 1 wurde entfernt.
Gemäß Figur 186B sind ebenso zwei entgegengesetzt orientierte einzelne Basismodule B zueinander benachbart angeordnet. Deren erste Kontakte 9 liegen aneinander an, berühren sich aber nicht. Der Querschnitt gemäß Figur 186B zeigt, dass eine flache Flan kenstrukturierung der Schichtenstapel von der Seite der zweiten Schicht 5 her, ausgeführt wurde. Eine tiefe Flankenstrukturie rung der Schichtenstapel erfolgte hier im Unterschied zu Figur 186A ebenso von der Seite der zweiten Schicht 5 her, also von derselben Seite, wie die untiefe Flankenstrukturierung. Der ur sprüngliche Träger 1 wurde entfernt.
Figur 186C zeigt einen Zwischenschritt. Danach sind zwei ent gegengesetzt orientierte Basismodule B angeordnet, die mitei- nander als ein Stück erzeugt sind. Deren erste Kontakte 9 liegen zueinander benachbart. Es ist ein gemeinsamer Schichtenstapel zweier benachbarter zueinander entgegengesetzt orientierter Ba- sismodule erzeugt, wobei eine erste Schicht 3, eine Übergangs schicht 7 und eine zweite Schicht 5 jeweils als eine Einheit entlang des Endträgers 2 erzeugt wurden. Der Querschnitt gemäß Figur 186C zeigt, dass eine untiefe Flankenstrukturierung des Schichtenstapels von der Seite der zweiten Schicht 5 her, aus geführt wurde, wobei lediglich die Randbereiche der beiden zwei ten Kontakte 11 flach flankenstrukturiert sind. Der Bereich zwischen den beiden ersten Kontakten 9 ist nicht flankenstruk turiert, das heißt, die dortige zweite Schicht 5 verbleibt un bearbeitet. Nach der Kontaktierung wird eine tiefe Flanken strukturierung des Schichtenstapels hier wie bei Figur 186A von der Seite der ersten Schicht 3 her durchgeführt und die Module getrennt (nicht dargestellt). Der ursprüngliche Träger 1 wurde entfernt .
Gemäß Figur 186D sind ebenso zwei entgegengesetzt orientierte Basismodule B angeordnet, die miteinander als ein Stück erzeugt wurden. Deren erste Kontakte 9 liegen zueinander benachbart. Es ist ein gemeinsamer Schichtenstapel zweier benachbarter zuei nander entgegengesetzt orientierter Basismodule erzeugt worden, wobei eine erste Schicht 3 als eine Einheit entlang des Endträ gers 2 erzeugt wurde. Der Querschnitt gemäß Figur 186D zeigt, dass eine untiefe Flankenstrukturierung des Schichtenstapels von der Seite der zweiten Schicht 5 her, ausgeführt wurde, wobei ein flacher Graben um ein jeweiliges Basismodul B herum erzeugt wurde. Insbesondere der Bereich zwischen den beiden ersten Kon takten 9 ist flankenstrukturiert, das heißt, die dortige zweite Schicht 5 und die Übergangsschicht 7 sowie ein Teil der ersten Schicht 3 sind ebenso dort wie im Randbereich der zweiten Kon takte 11 entfernt worden. Eine tiefe Flankenstrukturierung des Schichtenstapels erfolgte hier wie bei Figur 186B von der Seite der zweiten Schicht 5 her. Es verbleibt im Bild lediglich ein kleiner Steg, der aber falls erforderlich noch getrennt werden kann .
Figur 187 zeigt eine weitere Darstellung eines Ausführungsbei- spiels eines vorgeschlagenen Basismoduls B zur Bereitstellung eines unten dargestellten, zwei Zeilen und drei Spalten (2 x 3) von Basismodulen B aufweisenden m-LED-Moduls . Das oben darge stellte Basismodul B kann hier auf einem Träger 1, aber ebenso ohne Träger bereitgestellt sein. Bei dieser Draufsicht sind ein erster Kontakt 9 und ein zweiter Kontakt 11 dargestellt, sowie die erste Schicht 3, die Übergangsschicht 7 sowie die zweite Schicht 5 sichtbar.
Gemäß Figur 187 unten sind sechs Basismodule B zu einem m-LED- Modul gruppiert. Bereits auf einem Träger 1 ist diese Matrix mit zwei Zeilen und drei Spalten in einer X-Y-Ebene ausgewählt. Bei der Herstellung von benachbarten Zeilen auf dem Träger 1 werden zudem die Basismodule B einer Zeile gleich orientiert. Die untere Zeile weist hier Basismodule B auf, die zu den oberen Basismodulen B entgegengesetzt angeordnet sind. Das in Figur 187 unten dargestellte m-LED-Modul kann nach einer flachen Flan kenstrukturierung noch auf dem Träger 1 angeordnet sein. Es erfolgt eine Gruppierung in das rechteckige unten dargestellte Leuchtdioden-Modul durch Auswählen eines Herauslösebereichs . Dieser kann mittels einer tiefen Flankenstrukturierung entlang eines das m-LED-Modul umfassenden Rechtecks herausgelöst wer den. Das erzeugte 2 x 3 (zwei Zeilen mal drei Spalten in einer X-Y-Ebene) m-LED-Modul besitzt eine Breite von circa 30 Mikro metern und eine Länge von circa 30 Mikrometern. Mit dieser Methode kann eine beliebige Kombination einer Matrix aus Basis modulen herausgelöst und als m-LED-Modul hergestellt werden.
Figur 188A bis 188D zeigen vier Querschnitte zweier entgegen gesetzt orientierter Basismodule B eines m-LED-Moduls gemäß der unteren Darstellung in Figur 187. Figur 188C zeigt im Unterschied zu Figur 186C, dass die ersten Kontakte 9 mittels einer gemeinsamen auf dem Endträger 2 ge schaffenen ersten Kontaktierung 19 elektrisch angeschlossen und kontaktiert sind. Die zweiten Kontakte 11 sind einzeln an zwei- ten Kontaktierungen 21 des Endträgers elektrisch angeschlossen.
Figur 188D zeigt im Unterschied zu Figur 186D, dass erste Kon takte 9 einzeln an ersten Kontaktierungen 19 und zweite Kontakte 11 einzeln an zweiten Kontaktierungen 21 des Endträgers 2 elektrisch angeschlossen sind.
Figur 189 zeigt eine Draufsicht auf eine Basismodule B aufwei- sende Matrix eines Trägers (Wafers oder Trägers 1) mit Gruppie rungen in einer X-Y-Ebene . Die Basismodule B sind alle ursprüng- lieh auf einem Träger, insbesondere Träger 1, gleich orientiert erzeugt. Es erfolgte keine Rotation oder Drehung von Basismo dulen B. Ein erzeugtes jeweiliges m-LED-Modul weist hier in einer Y-Richtung lediglich ein Basismodul B auf und ist damit einzeilig. In einer X-Richtung ist eine beliebige Anzahl von Basismodulen bereitstellbar. In Figur 189 sind Basismodule B zu vier m-LED-Arrays oder m-LED-Modulen M gruppiert worden.
Figur 190 zeigt eine Draufsicht auf eine Basismodule B aufwei sende Matrix eines Trägers (Wafers oder Trägers 1) mit anderen Gruppierungen. Die Basismodule B zweier benachbarter Zeilen sind hier mittels Drehung der Basismodule B einer dieser Zeilen zu einander entgegengesetzt orientiert. Die gepunkteten Linien stellen die Rechtecke der noch zu vereinzelnden m-LED-Module M dar. Figur 190 zeigt m-LED-Module M mit einer oder zwei Zeilen entlang einer Y-Richtung, wobei die Spaltenanzahl in X-Richtung beliebig sein kann.
Figur 191 zeigt eine weitere Draufsicht auf eine Basismodule B aufweisende weitere Matrix eines Trägers, insbesondere eines Trägers 1 oder Wafers, mit einer weiteren Gruppierung. Diese Gruppierung schafft in einer X-Y-Ebene ein rechteckiges m-LED- Modul M, das drei Zeilen und fünf Spalten aufweist. Das m-LED- Modul M weist damit 15 Basismodule B auf, die gleichmäßig in dem Rechteck verteilt sind. Die Basismodule B sind entlang einer Zeile zueinander gleich beabstandet. Ebenso sind die Zeilen zueinander gleich beabstandet. Alle Basismodule B sind hier gleich orientiert.
Figur 192 zeigt eine weitere Draufsicht auf eine Basismodule B aufweisende weitere Matrix eines Trägers, insbesondere eines Trägers 1 oder Wafers, mit einer weiteren Gruppierung. Diese Gruppierung schafft in einer X-Y-Ebene ein rechteckiges m-LED- Modul M, das vier Zeilen und drei Spalten aufweist. Das m-LED- Modul M weist hier damit 12 Basismodule B auf, die gleichmäßig in dem Rechteck verteilt sind. Die Basismodule B sind entlang einer Zeile zueinander gleich beabstandet. Die Basismodule B umfassen zwei Zeilenpaare, wobei in einem Zeilenpaar die Basis module B beider Zeilen zueinander entgegengesetzt orientiert sind und zueinander gleich beabstandet sind. Die Abstände der Zeilenpaare zueinander können zu den Abständen der Zeilen in einem Zeilenpaar verschieden sein. Auf diese Weise kann ein Chipcluster von m-LED auf einem Träger 1 oder Wafer gebildet werden. Es ergibt sich eine modulare m-LED-Architektur . Die hergestellten m-LED-Module M können beispielsweise mittels Flip-Chip-Technologie elektrisch kontaktiert und beispielsweise in m-LED-Displays integriert werden. Basismodule B können elektrisch in Serie oder elektrisch parallel verschaltet wer den .
Figur 193A zeigt eine Ausgestaltung, in der das m-LED Modul entweder nach dem Zwischentransferschritt oder schon zuvor auf der Lichtemissionsseite strukturiert wurde. Dabei wurden in die der Lichtemissionsseite zugewandte Halbleiterschicht mehrere periodisch angeordnete Löcher geätzt, die als sogenannte nega tive Pillars oder Säulen bezeichnet werden können. Dadurch ent steht eine periodische Variation des Brechungsindex, da das umgebende Halbleitermaterial einen größeren Brechungsindex auf- weist als die mit Luft gefüllten Löcher. Die Tiefe der perio dischen Struktur reicht in dieser Ausführungsform bis in etwa zu dem aktiven Bereich, ist jedoch zumindest in der Größenord nung einer Wellenlänge des zu emittierenden Lichts. In diesem Ausführungsfall sind die Löcher in dem Halbleitermaterial nicht aufgefüllt. Es kann jedoch zweckmäßig sein, diese mit einem Material mit einem anderen Brechungsindex zu verfüllen, um ei nerseits die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen und andererseits eine planare Oberfläche zu erreichen. Die m-LED Module sind nach der tiefen Flankenstrukturierung als auch nach einer vollständigen Ätzung auf eine Backplane zu transferieren. Dabei eignet sich die definierte Größe der m- LEDs aus den kombinierten Basismodulen besonders, da sie die Abstände fest definiert. Zudem kann eventuell eine Klasse von Stempeln verwendet werden, um Module mit unterschiedlicher Größe zu transferieren. Figur 193B illustriert ein Beispiel eines solchen Transferprozesses mit einem Stempel, wie er in dieser Anmeldung noch genauer beschrieben ist. Der Stempel 20 hat meh rere in festen Abständen angeordnete Kissen 21 und 22, von denen jedes einzelne mit einer Oberflächenspannung bzw. Oberflä chenladung, wie in dieser Anmeldung beschrieben beaufschlagt werden kann. Die Abstände der Kissen korrespondieren zu der Größe der einzelnen Basismodule eines jeden Basismoduls. Soll nun ein Basismodul oder ein m-LED Modul aus dem Verbund entfernt und transferiert werden, so erzeugt der Stempel ein Potential an seiner dem Modul zugewandten Seite, so dass dieses an dem Kissen haftet. Die Haftkraft wird dabei durch die Ladung oder Spannung eines Kissens bestimmt. Insofern lassen sich damit auch größere Module transferieren, sofern die durch die Kissen erzeigte elektrostatische Kraft ausreicht.
Figur 194 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung von Leuchtdioden-Modulen . In einem ersten Schritt S1 wird mindestens ein Basismodul bereitstellen der Schichtenstapel erzeugt. Dieser weist eine an einem Träger 1 ausgebildete erste Schicht auf, auf der eine aktive Schicht und an dieser eine zweite Schicht aufgebracht wird. Die aktive Schicht kann einen Quantenwell oder ähnliches umfassen.
In einem zweiten Schrittes S2 erfolgt ein Offenlegen eines dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbereichs der ersten Schicht. Schließlich wird in einem dritten Schritt ein erster Kontakt an einen dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht aufgebracht. Zudem wird ein zweiter Kontakt an den dem Träger 1 abgewandten und offengelegten Oberflächenbereich der ersten Schicht erzeugt. Der zweite Kontakt ist mittels eines Dielektrikums zur Übergangsschicht und zur zweiten Schicht elektrisch isoliert und verläuft an dem dem Träger 1 abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht.
Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl von Basismodulen als Matrix auf einem Wafer oder Träger 1 erzeugt werden, wobei die Basismodule zu m-LED-Module gruppiert und diese dann vereinzelt werden können. Leuchtdioden-Module weisen in einer X-Y-Ebene der Matrix bevorzugt eine rechteckige oder quadratische Form auf. In dieser können Basismodule zueinander in den Zeilen und in den Spalten mit gleichem Abstand regelmäßig angeordnet sein. Die Basismodule sind entlang der Matrix bevorzugt gleichmäßig über einem Wafer, Träger oder Ersatzträger 1 verteilt erzeugt und angeordnet . Das hier dargestellte Herstellungsverfahren ist stark verein facht. Vielmehr können zudem eine Vielzahl der hier beschrie benen Techniken eingesetzt werden. Beispielsweise kann jedes Basismodul eine Stromeinschnürung durch entsprechende Dotierung der Änderung der Bandstruktur aufweisen. Da die Basismodule gegebenenfalls vereinzelt werden, ist es zudem zweckmäßig, an den möglichen Sollbruchstellen durch Quantenwellintermixing o- der andere Maßnahmen die Bandlücke des Materialsystems und der aktiven Schicht zu verändern. Dadurch wird eine nichtstrahlende Rekombination an möglichen Randdefekten reduziert, da die La dungsträger durch das veränderte Potential der Bandstruktur eine Abstoßung erfahren. Die hergestellten m-LED Module können wei terhin in der Oberfläche strukturiert werden, um die Ab strahlcharakteristik zu verbessern. So besteht die Möglichkeit bei größeren Modulen oder Modulen unterschiedlicher Farbe einen photonischen Kristall oder eine Konverterschicht aufzubringen. Jedes m-LED-Modul kann zudem mit einer eigenen Ansteuerung ver sehen werden, die bereits im Endträger 2 implementiert worden ist .
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Frage, ob und in wieweit derartige Untereinheiten mit Sensoren versehen werden können. Wie bereits erwähnt werden die gefertigten und grup pierten Module auf eine Zielmatrix transferiert, die beispiels- weise in Backplane oder ähnliches ist.
Figur 195 zeigt die Schritte S1 bis S5 eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines Displays mit derartigen Sen soren, welche mittels der hier vorgestellten Module gefertigt wird.
Mittels des Verfahrens wird ein m-Display, mit einer ganzflä chigen Zielmatrix von an einem ersten Träger 3 bzw. Endträger in Zeilen und Spalten nebeneinander angeordneten Bauelemente, insbesondere m-LEDs 5 hergestellt. Die m-LED sind wiederum Teil von Modulen.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Anzahl von m-LEDs 5 auf einem Träger bzw. einem Ersatzträger 17 in einer Startmatrix 7 ausgebildet. Die Beabstandung und Größe der m-LEDs 5 in der Startmatrix 7 sind in einem festen insbesondere ganzzahligem Verhältnis zu der Beabstandung und Größe der freien Stellen der späteren Zielmatrix 1 auf dem ersten Träger bzw. Endträger 3. Die m-LED werden in den in dieser Anmeldung beschriebenen Ver fahren ausgebildet. Insbesondere wird der Wafer für eine tiefe Mesaätzungen vorbereitet, um eine Modulstruktur zu erhalten. Die einzelnen m-LEDS bilden auf der Zielmatrix später die Sub pixel oder auch Pixel. Insofern kann die Startmatrix 7 mit zumindest einem Teil der Zielmatrix 1 deckungsgleich sein. Auf diese Weise können für diesen Teil Gruppen von Bauelementen 5 von dem Ersatzträger 17 auf den Endträger 3 übertragen werden. Entsprechend kann der Ersatzträger mit den drauf gebildeten m- LEDS bezüglich der Größe und Beabstandung derselben zumindest teilweise deckungsgleich mit dem Endträger sein.
Mit einem zweiten Schritt S2 werden auf dem Ersatzträger 17, insbesondere mittels einer tiefen Mesa-Ätzung, die m-LEDs 5 zu einer Anzahl von Modulen 9 gruppiert.
In einem darauffolgenden Schritt S3 werden die auf diese Weise strukturierten Module 9 vom Ersatzträger 17, insbesondere mit tels Laser-Lift-Off oder eines mechanischen oder chemischen Verfahrens abgehoben und dann als Module auf den Endträger 3 und damit die Zielmatrix 1 transferiert. Kontaktbereiche der Module, welche die m-LEDs 5 kontaktieren sind so ausgeführt, dass die nach dem Transfer mit Kontaktbereichen der Zielmatrix korrespondieren. Mit anderen Worten sind für mindestens einen Teilbereich des Endträgers 3 und somit der Zielmatrix 1 die Module und die m-LEDs mit ihren Kontaktbereichen an dem Ersatz träger 17 in Zeilen und Spalten derart nebeneinander angeordnet, dass die Abstände zwischen den m-LEDs 5 an dem Ersatzträger 17 den Abständen zwischen den m-LEDs 5 an der Zielmatrix 1 des Endträgers 3 gleichen.
In dem vierten Schritt S4 werden die Module 9 an dem primären Endträger 3 in der Zielmatrix 1 derart positioniert und elektrisch angeschlossen, dass in dieser eine Anzahl von unbe- setzte Stellen 11 verbleibt. Hierzu können die Module selbst ungleichmäßig ausgeführt sein, so dass beispielsweise ein Modul fehlt. Alternativ können die Module auch so auf die Zielmatrix transferiert werden, dass einige Stellen, beispielsweise Zeilen oder Spalten unbesetzt bleiben.
In einem fünften Schritt S5 werden an den unbesetzten Stellen 11 zumindest teilweise jeweils mindestens ein Sensorelement 13 positioniert und elektrisch angeschlossen. Figur 196A zeigt eine Darstellung zur Verdeutlichung der ver schiedenen Aspekte und Unterschiede zwischen m -LED, Modul und dem Ersatzträger. Der Ersatzträger 17 umfasst ein Saphirsub strat, auf dem in mehreren in dieser Anmeldung offenbarten Schritten verschiedene Halbleiterschichten, einschließlich min- destens einer aktiven Schicht abgeschieden wurde. Mittels einer flachen Ätzung wird eine Startmatrix 7 von m-LEDs auf dem Er satzträger 17 geschaffen. Die m-LEDs 5 sind noch miteinander verbunden und weisen lediglich mittels flacher Ätzung erzeugte elektrisch voneinander isolierende Bereiche auf, so dass sie individuell ansprechbar sind. Derartige Methoden sind in dieser Anmeldung offenbart. In einem Aspekt werden vertikale m-LEDs gebildet, bei denen ein erster Kontakt dem Substrat zugewandt, ein zweiter Kontakt dem Substrat abgewandt ist. Neben dieser Ausgestaltung lassen sich aber auch m-LEDs fertigen, die als Flip-Chip ausgebildet sind und deren Kontakte nebeneinander auf der gleichen Seite liegen. Im vorliegenden Beispiel ist eine m- LED 5 als Flip-Chip ausgeführt, wobei die beiden Kontakte dem Substrat abgewandt und elektrisch voneinander isoliert sind. Die m-LED 5 bilden ein quaderförmiges Element. Die m-LED 5 stellt ein Basiselement dar und weist beispielsweise eine Breite von circa IOmih und eine Länge von circa 15pm auf. Ein Bauelement 5 ist als eine Basiseinheit auf der linken Seite der Figur 196A dargestellt . Mittels einer dann zusätzlichen, diesmal tiefen Mesaätzung - dies entspricht dem zweiten Schritt S2 der Figur 195 - werden die m-LED 5 zu Modulen 9 gruppiert. In der Mitte der Figur 196A ist auf dem Ersatzträger 17 ist mittels einer flachen Ätzung eine Startmatrix 7 von zwölf Bauelementen 5 erzeugt, wobei die m-LEDs 5 entlang gemeinsamer Seiten 15 in vier Zeilen und in drei Spalten nebeneinander angeordnet sind. Die dicken Ränder in Figur 196A Mitte umlaufen auf diese Weise gruppierte Module 9, die eine Mehrzahl von Bauelementen 5 zusammenfassen können. Auf diese Weise sind zwei Module 9a erzeugt, die jeweils drei m-LED 5 zusammenfassen. Weiterhin sind zwei Module 9b mit je zwei m-LEDS erzeugt sowie zwei Module 9c mit je einer m-LED.
Figur 196B zeigt eine Darstellung der Module und m-LEDs nach dem Transfer auf den Endträger 3. Auf dem Endträger 3 sind insgesamt 6 Spalten und Zeilen zu sehen, wobei natürlich die Anzahl beliebig gewählt sein kann. Die Modulanordnung ist so gewählt, dass zwischen den Modulen kein weiterer Abstand ist, d.h. die Bauelemente liegen dicht an dicht. Jedoch sind Module ausgewählt, die nicht vollständig in diese Matrix passen. Bei- spielsweise könnten 2x2 Module den hier dargestellten Endträger vollständig bedecken. Jedoch sind zwei Module so ausgestaltet, dass sie nicht als 2x2 Matrix, sondern als eine 2x1 Matrix ausgeführt sind, d.h. nur drei m-LED aufweisen, so dass eine Stelle 11 unbesetzt bleibt. Bei einer Positionierung in der genannten Art bleiben somit zwei Stellen 11 frei, wobei die Position dieser wiederum von der Positionierung des jeweiligen Moduls abhängt. Die linke der beiden freien Stellen ist mit einem Sensorelement 13 besetzt. In der dargestellten Ausführung ist lediglich eine Stelle bereits besetzt. In Ausgestaltungen kann das Sensorelement aber auch aus zwei einzelnen oder meh reren Elementen bestehen, welche dann auf die unbesetzten Stel len aufgeteilt wird.
Figur 196B zeigt somit eine Vielzahl von m-LED 5, die in Form von Modulen 9 zusammengefasst und auf dem Endträger 3 angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine einzige ganzflächige Zielmatrix 1 bestückt. Für ein m-Display werden Module 9 als Subpixel ausgebildet und zusammengefasst. Es werden Module 9 für die drei verschiedenen Farben Rot, Grün und Blau geschaffen und derart nebeneinander angeordnet, dass diese als Subpixel gemeinsam ein Pixel (Bildelement) erzeugen. Dann erfolgt eine Anordnung der Bildelemente entlang der Zielmatrix 1 in Zeilen und Spalten. Durch die Benutzung redundanter m-LEDs lassen sich anstatt re dundanter Subpixel auch Sensorelemente an einige Plätze posi- tionieren.
Figur 196C zeigt eine Darstellung einer Anordnung einer Vielzahl von ganzflächigen Zielmatrizen 1. Im Unterschied zu Figur 196B wird eine Vielzahl von ganzflächi gen einzelnen Zielmatrizen 1 verwendet, die jeweils ebenso eine große Anzahl von Modulen 9 entsprechend Figur 196B aufweisen können. Für eine übersichtliche Beschreibung der Figur 196C weist eine jeweilige einzelne ganzflächige Zielmatrix 1 ledig- lieh zwei Zeilen und zwei Spalten auf. Die Zielmatrizen 1 weisen hier eine einheitliche gleiche Größe in der Fläche auf. Alter nativ können die Zielmatrizen 1 verschieden große Flächen er zeugen. Auf diese Weise kann eine Anzeigevorrichtung flexibel an eine jeweilige Verwendung angepasst werden. So deckt in der linken oberen Zielmatrix 1 ein Modul 9 alle besetzbaren Stellen der Zielmatrix 1 ab. Rechts daneben ist lediglich ein Modul 9 mit einem Bauelement 5 in der Zielmatrix 1 ausgebildet, wobei drei Stellen 11 unbesetzt bleiben. Darunter bilden zwei Bauelemente 5 ein Modul 9, wobei zwei Stellen 11 unbesetzt bleiben. In der Zielmatrix 1 links unten ist ein Modul 9 positioniert, das aus drei Bauelementen 5 besteht, wobei le diglich eine Stelle 11 unbesetzt verbleibt. An den unbesetzten Stellen 11 können beispielsweise zumindest teilweise Sensorel emente 13 ausgebildet sein. Drei der vier vorstehend genannten Zielmatrizen 1 können jeweils Bauelemente 5 für eine Farbe Rot, Grün und Blau aufweisen und zusammen ein Bildelement ausbilden. Dieses Bildelement kann horizontal und vertikal entlang des ersten Trägers bzw. Endträgers 3 wiederholt werden, so dass eine Anzeigefunktion bereitgestellt werden kann. Da grundsätzlich eine homogene Abstrahlung der Subpixel erwünscht ist, sind diese für jede Farbe bevorzugt mit gleichen Modulen 9 gleich bestückt. Die vierte Zielmatrix 1 kann alternativ vollständig als mit Sensorelementen 13 bestückt ausgeführt sein.
Die Abstände a und c für jeweilige Abstände der Zielmatrizen 1 in einer Zeile und der Abstand b als Beispiel für einen Abstand der Zielmatrizen 1 in einer Spalte können je nach gewünschter Auflösung der Anzeige ausgewählt werden. Dies betrifft ebenso die Abstände zu den Rändern des ersten Trägers bzw. Endträgers 3. Die Abstände a und b, oder a und c, oder b und c oder a, b und c können gleich sein. Ebenso können die Abstände a und b und c ganze Vielfache der räumlichen Erstreckung eines Bauele ments 5 beziehungsweise der Beabstandung der Bauelemente 5 zu einander sein.
Figur 196D stellt beispielhaft verschiedene Kontaktmöglichkei ten für einen elektrische Kontaktierung der m-LED Module auf einer Backplane oder einem anderen Substrat dar. In Ml ist ein Kontaktpanel Ml mit zwei Bereichen KB1 und KB2 gezeigt, welche unter anderem für zwei einzelne Basismodule geeignet sind. Die Basismodule können auf der Oberfläche einzeln oder auch im Ver bund platziert werden. Kontaktpanel Ml' weit einen größeren Kontaktbereich KB3 auf. Dies erlaubt es, ein m-LED Modul aus zwei zusammenhängenden Basismodulen mit flacher Mesaätzung zu platzieren und gemeinsam anzusteuern. Panele Ml'' sind ähnlich wie Panel Ml', wobei lediglich Kontaktbereiche für ein Basis modul vorgesehen sind. In Panel M2 ist ein m-LED Modul darge stellt, welches über den Kontaktbereichen angeordnet ist. Panel Ml''' illustriert einen Bereich, bei dem ein gemeinsamer An schluss vorgesehen ist.
Figur 196E zeigt einen Ausschnitt einer teilweise bestückten Plane oder Ebene, um hierzu einige Aspekte zu verdeutlichen. Die m-LEDs können wie bereits erwähnt als Array in Zeilen und Spalten gefertigt werden. Dies erlaubt die Bestückung mit meh reren m-LED Modulen und Modulen mit unterschiedlicher Farbe. Dies ist in der Figur 196E dargestellt. Der Ausschnitt zeigt ein rotes Modul rM in direkter Draufsicht. Es ist aus einem 6x1 Modul nach dem vorgeschlagenen Prinzip gefertigt und auf der Ebene aufgebracht und kontaktiert. Benachbart zu dem roten Modul ist ein blaues Modul bM in einer Art Schnittdarstellung, um die verschiedenen Kontakte zu verdeutlichen. Gemeinsam angeschlos sene Kontakte sind mit K bezeichnet. Unter dem Begriff „gemein- sam" soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass diese Kontakte mit zumindest einigen anderen benachbarten Kontakten ein gleiches Potential aufweisen. Entsprechend ist auf der Ebene ein gemeinsamer Kontaktbereich AB4 aufgebracht. Dieser kontak tiert wie dargestellt, stets Kontakte K von mehreren Basismo- dulen. Weitere Kontakte Kb dienen zur individuellen Ansteuerung eines jeden Basismoduls. Demzufolge ist auf der Plane die Aus bildung von insgesamt 5 Kontaktbereichen notwendig, um seiner seits 4 Basismodule individuell ansteuern zu können. Wie dar gestellt können die gemeinsam genutzten Kontaktbereiche somit auch von m-LED Modulen unterschiedlicher Farbe gemeinsam genutzt werden .
Figur 197 zeigt schließlich noch einen Aspekt für den Transfer- prozess. Durch die periodische Anordnung und Organisation der m-LED Module in Basismodulen kann nach einer Vereinzelung von m-LED Module in der gewünschten Weise können die Module mittels des in dieser Anmeldung vorgestellten zweifachen Transferpro zesses übertragen werden. Figur 197 zeigt eine Transferanord- nung 20 mit zwei Kissen 22, deren Größe dem Abstand der Basis- module entspricht.
Neben der Herstellung von monolithischen Pixelarrays lassen sich m-LED auch separat auf eine Trägerplatine aufbringen und an- schließend kontaktieren. Figur 198 zeigt ein Ausführungsbei spiel eines Pixelmodul für verschiedene Montagen 10 mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das Modul 10 umfasst einen Körper 2 mit einer ersten Hauptfläche 3, insgesamt vier Seitenflächen 11 und einer hier in dieser Ansicht nicht darge- stellten zweiten Hauptfläche, welche die Unterseite bildet. Der Körper 2 ist aus beispielsweise aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial gebildet. In einigen Ausführungen kann der Körper aber auch aus einem anderen Material, leitend oder nicht- leitend gebildet werden. Die zweite Hauptfläche ist parallel zu der ersten Hauptfläche 3 angeordnet und bildet somit die Unter seite des Moduls und Körpers 2. Die Seitenflächen sind schräg zu der ersten Hauptfläche bzw. Oberseite des Körpers, wodurch wie dargestellt ein Pyramidenstumpf gebildet wird. Wie in Figur 200 dargestellt, zeigt somit ein Winkel oc zwischen der ersten Hauptfläche und den Seitenflächen mehr als 90°, während der Winkel ß zwischen der zweiten Hauptfläche 5 und den Seitenflä chen kleiner als 90° ist. Wieder auf Figur 198 bezugnehmend umfasst die Oberseite 3 eine Isolationsschicht 22, welche mittig angeordnet ist. Die Isola tionsschicht erstreckt sich in diesem Beispiel nicht vollstän dig über die erste Hauptfläche, sondern es verbleibt an den Ecken ein freier Bereich. Auf der Isolationsschicht sind nun mehrere Kontaktpads 14a bis 14c angeordnet. Jedes Kontaktpad 14a bis 14c ist mit einem Kontaktsteg 12a bis 12c verbunden, deren Breite wie dargestellt geringer als das eigentliche Kon taktpad ist. Die Kontaktstege 12a bis 12c sind ebenso gegenüber dem Körper 2 des Moduls isoliert. Auf den Seitenflächen 11 des Körpers sind nun Fortführungen 13a bis 13c der Kontaktstege angebracht. Diese sind als Kontaktfahnen wiederum deutlich brei ter auf der Seitenfläche ausgebildet als die Kontaktstege 12a bis 12c. Dadurch wird ein möglicher Kontakt Bereich auf den Seitenflächen vergrößert, wodurch eine größere Positionie rungstoleranz und größere Flexibilität bei der Kontaktierung möglich ist.
Auf den Kontaktpads 14a bis 14c ist jeweils eine m-LED mit vertikaler Bauform angeordnet. Diese sind für die Emission von Licht in verschiedenen Wellenlängen ausgeführt, beispielsweise rotes, grünes und blaues Licht. Die m-LEDs weisen eine Kanten länge von wenigen gm auf, beispielsweise 5gm, und sind somit etwas kleiner als die Kontaktpads la bis 14c. Letztere sind zudem voneinander auf der Oberfläche 3 beabstandet, so dass ein leichter Versatz bei der Positionierung der m-LEDs möglich ist, ohne die Funktionalität des Moduls 10 einzuschränken. Die m-LED sind als vertikale m-LEDs ausgeführt, d.h. sie weisen an ihrer Unterseite bzw. Oberseite je einen elektrischen Kontakt auf. Der Kontakt an der Unterseite ist mit dem Kontaktpad elektrisch verbunden .
Auf der Oberseite bildet eine transparente leitfähige Schicht 21 ein gemeinsames Kontaktpad für die drei m-LEDs und führt an einen vierten Kontaktsteg 12d. Dieser ist ausgezeichnet, da er den gemeinsamen Anschluss für alle drei m-LEDs bildet. Im Aus führungsbeispiel ist er deutlich breiter und dicker ausgeführt als die Kontaktstege 12a bis 12c. Dadurch wird eine visuelle Identifizierung möglich, wodurch sich die m-LED Module leichter transferieren und anschlussrichtig positionieren lassen. Der Kontaktsteg ist mit einer Kontaktfahne 13d auf der letzten Sei tenfläche elektrisch verbunden.
Mit den Kontaktfahnen auf der Seitenfläche kann das Modul, bzw. die m-LEDs elektrisch kontaktiert werden, wenn das Modul in eine Matrix o.ä. eingesetzt wird. Figur 199 zeigt zudem einen wei teren Aspekt, der mit Vorteil die Einsatzmöglichkeiten des Mo duls erhöht. Dabei sind auf der Unterseite des Moduls mehrere Kontaktpads 15a bis 15d angeordnet, die elektrisch mit den Kon- taktfahnen 13a bis 13d verbunden sind. Die Kontaktpads auf der Unterseite können verschieden ausgestaltet sein und so an die Anforderungen der verschiedenen Anwendungen angepasst werden. Im Beispiel sind die Kontaktpads 14a bis 14d im Wesentlichen rechteckig .
Figur 200 zeigt einen Schnitt durch das m-LED Modul entlang der Achse X-X in Figur 199. Deutlich sind die abgeschrägten Seiten flächen zu erkennen. Diese schließen mit der ersten Hauptfläche, d.h. der Oberseite des Moduls, einen Winkel a ein, der größer als 90° ist. Beispielsweise kann der Winkel zwischen 100° und 150° liegen, insbesondere im Bereich von 110° bis 130° . Der Winkel ist abhängig von dem Herstellungsverfahren und den zur Herstellung verwendeten Parametern, wie dies unten noch im De tail erläutert wird. Entsprechend ist der Winkel ß kleiner als 90° . Die Kontaktfahnen und -Stege bilden eine durchgehende Me tallisierung. Die Dicke des Modulkörpers liegt im Bereich von 10 pm bis 100 pm, die Metallisierung weist eine Dicke im Bereich von einigen 100 nm bis ca. 10pm auf. Dadurch kann das Modul selbst recht flach gehalten werden, der Körper selbst ist aber stabil genug. Figur 201 stellt in einer Draufsicht eine weitere Ausgestaltung des m-LED Moduls nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar, aus dem weitere Aspekte erkennbar sind. In dieser Ausführung wird das Modul mit dem Modulkörper lediglich mit zwei m-LEDs 20 versehen und zusätzlich einem weiteren Halbleiterchip 30, der integrierte Schaltkreise enthält. Die m-LEDs sind in dieser Ausführung als horizontale Flip-Chips ausgebildet, deren nicht zu sehende Un terseite die beiden Kontakte aufweisen. Die m-LEDs sind mecha nisch und elektrisch mit den Kontaktstegen 12 verbunden. Jede m-LED ist somit mit zwei Kontaktstegen 12 verbunden, diese sind zum Teil an entsprechende Kontaktfahnen auf den Seitenflächen geführt. Zudem sind einige Kontaktfahnen auf der Oberseite des Moduls angeordnet und bilden dadurch weitere Kontaktpads . Der IC Chip 30 ist über eigene Kontaktstege mit Kontaktfahnen auf einer Seitenfläche des Modulkörpers verbunden.
Die einzelnen Kontaktstege verlaufen in dieser Ausgestaltung nicht gradlinig zu den Seitenflächen. Vielmehr zeigt das Aus führungsbeispiel eine Umverdrahtung, bei der Kontaktstege be- nutzt werden, die entlang der Oberfläche und/oder der Seiten flächen verlaufen, um den Chip 30 als auch die Bauelemente 20 elektrisch zu verbinden. Die Kontaktfahnen 13' entlang der Sei tenfläche sind im Wesentlichen parallel zur Kante der Seiten fläche angebracht, d.h. sie verlaufen entlang der Seitenkante. Dadurch wird der effektive Kontaktierungsbereich mit externen Kontakten erhöht. Das Modul kann so auch leicht versetzt oder mit einer größeren Platzierungstoleranz auf einer Matrix, einem Display oder ähnlichem aufgesetzt werden. In einer Seitenansicht nach Figur 202 wird dieser Aspekt nochmal verdeutlicht. Diese zeigt eine Kombination von Kontaktfahnen auf einer Seitenfläche und einem Kontaktpad 15 auf der Unter seite des Moduls. Die Kontaktfahnen 13' sind auf der Seitenflä che angebracht, jedoch auf verschiedenen Höhen. Figur 203A zeigt ein Beispiel einer weiteren Verarbeitung eines m-LED Moduls nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das Modul 10 wird dabei in einem separaten Prozess gefertigt und dann in einem separaten Schritt auf einen Träger gesetzt. Der Träger 50 weist eine Vielzahl von Signal, Steuer- und Stromleitungen auf, von denen eine Leitung 56 hier beispielhaft gezeigt wird. Zusätzlich umfasst der Träger 50 auch noch integrierte Schaltungen 55, Puffer und ähnliches . Das Modul wird in diesem Beispiel auf den Träger direkt neben der Leitung 56 platziert und dort befestigt. Um nun einen elektrischen Kontakt und Verbindung zwischen Pad 56 und der Kontaktfahne 13 zu erreichen, werden diese beiden in einem weiteren Schritt miteinander verbunden. Die ist in Figur 203B dargestellt. Kontaktpad 56 wird dabei mittels Reflow oder eines anderen Lötverfahrens an der Kontaktfahne 13 befestigt. Material 57 ist hierbei ein leitfähiges Metall. Dadurch wird nicht nur eine elektrisch leitfähige Verbindung geschaffen, sondern auch das Modul mechanisch an dem Träger befestigt. In einem solchen Fall kann auch auf eine zusätzliche Befestigung des Modulkörpers am Träger verzichtet werden.
Figur 203C zeigt in diesem Zusammenhang verschiedene Kontaktie rungsmöglichkeiten. In der oberen Darstellung der Figur 203C wird der Modulkörper auf Kontaktpads 56b auf dem Träger 50 so aufgesetzt, dass die Kontaktpads auf der Unterseite des Modul- körpers mit diesen überlappen. Mittels Paste, Reflow oder an deren Verfahren wird nach einem Erhitzen eine feste Verbindung zwischen den beiden Pads erzeugt. Hierbei ist eine genaue Po sitionierung des Moduls auf dem Träger erforderlich. In der unteren Darstellung der Figur 203C ist eine ähnliche Form wie in Figur 203B dargestellt. Die Kontaktfahne auf der Seiten fläche des Modulkörper 2 wird mittels Lötverfahren mit einer Leitung auf dem Träger 50 befestigt. In einem Fall ist diese Leitung 56 auf dem Träger so ausgestaltet, dass sie teilweise auch mit dem Kontaktpad auf der Unterseite des Modulkörpers überlappt. Dadurch wird die elektrische Verbindung nochmals si cherer gewährleistet. Gleichzeitig ist diese Ausführung etwas weniger sensitiv gegen Positionierungsschwankungen, das die Leitungen auf dem Träger 50 größer ausgestaltet werden können und gleichzeitig mit dem zusätzlichen Lot eine Verbindung ver bessert wird. Um sicherzustellen, dass das Lot keinen Kurz schluss erzeugt, sollte der Bereich 50 abgesehen von dem Kon taktbereich der Leitung 56 isoliert sein. Jedoch ist es zweck mäßig, den Bereich um den Kontakt der Leitung 56 so auszuge- stalten, dass Lot auch an die Leitung gelangt und so die elekt rische Verbindung verbessert.
Figur 204A und 204B zeigt ein Beispiel einer weiteren Ausführung eines speziellen Modulkörpers. In diesem ist der Modulkörper 2 mit einer mittigen Vertiefung ausgeführt, in dem die Bauelemente 20 und 30 angeordnet sind. Dadurch kann die Bauhöhe des Moduls zusätzlich verringert werden. Zudem kann der Randbereich des Modulkörpers als Befestigung für optische Elemente, wie Linsen und ähnliches dienen. Die Kontaktleitungen zu den optischen Halbleiterbauelementen 20 und 30 verlaufen entlang des Bodens der Vertiefung und der Seitenfläche. Wie in Figur 204B darge stellt, ist die Seitenfläche der Vertiefung schräg. Zur Kontak tierung sind die Leitungen 80 entlang der inneren Seitenfläche, über die Hauptfläche entlang der äußeren Seitenfläche bis zum rückwärtigen Kontaktpad 15 geführt. In dieser Darstellung ist die äußere Seitenfläche im Wesentlichen senkrecht. Dies ist jedoch nicht notwendig, in einigen Ausführungen kann auch diese Seitenfläche in gleicher Weise wie in den vorherigen Ausgestal tungen abgeschrägt sein.
Der Modulkörper weist zudem eine Durchkontaktierung oder Via 60 auf, der durch das Material des Modulkörpers in der Vertiefung reicht. Der Via ist zur Kontaktierung mit einem Metall gefüllt, welches zudem vom Körper isoliert ist. Durch diese Kombination aus Durchkontaktierungen und Kontaktfahnen und -Pads wird ein sehr flexibles Konzept geschaffen, das Module für eine Vielzahl von Technologien und Anschlussvarianten auf eine standardi sierte Weise erzeugen kann.
Figuren 205A und 205B führen dieses Prinzip weiter. In beiden Figuren 205A und 205B umfasst der Modulkörper 2 ebenfalls eine Vertiefung oder Aussparung, diese ist jedoch auf der Unterseite des Modulkörpers in diesen eingebracht. Die m-LEDs sind auf der Oberseite des Modulkörpers 2 angeordnet. In den Beispielen sind mehrere Durchkontaktierungen 60 vorgesehen, welche durch das Material des Körpers 2 reichen und die mit Kontakten der Bau elemente 20 verbunden sind. Auf der den Bauelementen abgewandten Seiten, d.h. in der Vertiefung sind nun Kontaktstege 12 vorge sehen, welche die Via 60 elektrisch leitend verbinden und ent lang der Vertiefung zu Stegen 80 auf den Seitenflächen führen. Die Stege 80 auf der inneren Seitenfläche der Vertiefung ist dann mit Kontaktpads 15 auf der Unterseite verbunden.
Im Unterschied zur Figur 205A werden in der Ausführung der Figur 205B die unteren Kontaktpads über die Außenflächen des Modul körpers kontaktiert. Beide Ausführungen können auch miteinander kombiniert werden, d.h. es werden Durchkontaktierungen vorge sehen sowie Kontaktleitungen, welche mit Kontaktfahnen auf der äußeren Seitenfläche und/oder Kontaktpads elektrisch leitend verbunden werden. Durch die vergrößerte Oberfläche des Modul körpers kann so eine spezifisch angepasste Verdrahtung erfol gen, die Flexibilität für eine Verdrahtung wird deutlich erhöht. Die Ausgestaltung der Figuren 205A und 205B erlauben es, bei einer Positionierung des Moduls 10 weitere Schaltkreise auf dem Träger vorzusehen, deren Position in der Vertiefung liegt. Dadurch wird eine höhere Integrationsdichte erreicht.
Figur 206 zeigt in diesem Zusammenhang ein Beispiel eines Her stellungsverfahrens für ein Modul nach dem vorgeschlagenen Prin zip. Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass für die Herstellung verschiedene in dieser Anmeldung offenbarte Tech niken zum Einsatz kommen. Ein Bestandteil ist jedoch wie in Schritt S1 dargestellt, ein Erzeugen eines strukturierten Memb ranwafers. Hierzu wird der Membranwafer bereitgestellt und die- ser durch Ätzen derart strukturiert, dass sich V-förmige ab schnittsweise Vertiefungen und Gräben bilden. Eine Draufsicht eines solch strukturierten Membranwafers ist in Figur 210 zu sehen . In Schritt S2 werden Kontaktpads und -Leitungen bzw. Kontakt stege und -Fahnen auf dem strukturierten Membranwafer erzeugt. Hierzu wird eine Fotomaske aufgebracht und beispielsweise mit tels MOCVD die metallischen Leitungen gebildet. Sofern erfor derlich können in diesem Schritt auch vorher gebildete isolierte Durchkontaktierungen mit einer Metallisierung gefüllt werden. In Schritt S3 werden nun die m-LEDs auf die Kontaktpads aufge setzt und mit diesen verbunden.
In Schritt S4 erfolgt ein Umbonden des Membranwafers auf einen Hilfsträger, so dass die Rückseite des Membranwafers freiliegt. Anschließend wird in Schritt S5 dieser rückseitig zurückgeätzt bis zu den Gräben. Dadurch können die Module vereinzelt werden, so dass nun jedes Modul die vorgesehene Anzahl an m-LEDs trägt. In dem beispielhaften Schritt S5 ist es ein Bauelement. Alter- nativ kann auch Schritt S6 erfolgen, bei dem ebenfalls geätzt wird, jedoch werden nun mehrere m-LEDs zusammengefasst und so ein Modul bereitgestellt, welches ähnlich den vorherigen Bei spielen ist. Dabei ist der Anzahl der m-LEDs und Positionierung derselben keine Grenze gesetzt, sondern von dem Bedarf und der späteren Verwendung abhängig. In einem letzten optionalen Schritt werden auf der Unterseite des Modulkörpers Kontaktpads angebracht und diese elektrisch leitend mit den Kontaktfahnen auf der Seitenfläche verbunden. Figur 207 zeigt eine perspektivische Ansicht des Moduls der Figur 198, nachdem diese auf einen Träger aufgesetzt wurde. Der Träger umfasst mehrere Versorgungsleitungen und Steuerleitun gen. Eine Versorgungsleitung 92 ist über einen Kontaktsteg 90b an das gemeinsame Kontaktpad 13d angeschlossen. Kontaktpad 13b ist als Top-Kontakt ausgeführt und schließt die Topkontakte der jeweiligen vertikalen m-LEDs an einen gemeinsamen Anschluss an. Eine weitere Versorgungsleitung 91 kontaktiert über den Steg 90 die Kontaktfahne 13a auf der Seitenfläche des Modulkörpers und verbindet somit einen Anschluss der roten m-LED. Durch die ab geschrägten Seitenflächen kann eine sichere elektrische Verbin dung zwischen Steg 90 oder 90b und den jeweiligen Kontaktfahnen erreicht werden. Zusätzlich wird das Modul über ein Lötverfahren befestigt, bei dem die Stege 90 an die Fahnen 13a bis 13d gelötet werden. Da die Kontaktfahnen 13a bis 13d über einen relativ großen Teil der jeweiligen Seitenfläche gehen, sind die Anfor derungen an die Genauigkeit der Positionierung etwas geringer.
Figur 208A zeigt eine Top-Ansicht eines Moduls mit drei m-LEDs unterschiedlicher Farbe mit Metallstegen 12a bis 12d auf der Oberfläche des Modulkörpers zur Kontaktierung von drei m-LEDs . Diese bilden jeweils ein Subpixel eines Pixels und sind als SMT m-LEDs ausgebildet. Sie besitzen auf ihrer Unterseite an jeder Seite ein Kontaktpad und bilden so horizontale LEDs. Schematisch sind die m-LEDs 20 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Ihre Kontaktpads sind jeweils seitlich angeordnet. Zur einwand freien Kontaktierung sind sie somit jeweils mit einer Seite mit einem der Kontaktstege 12a bis 12c verbunden. Zusätzlich ist ein gemeinsamer Kontakt mit dem Steg 12d und der dortigen Me- tallisierung realisiert. Jede der Stege 12a bis 12c führt in eine der Ecken und an jeweils eine Kontaktfahne 13a bis 13c entlang einer Ecke.
Figur 208B zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die m- LED Bauelemente 20 als vertikale m-LEDs ausgeführt sind mit einem Kontaktpad auf der Unterseite und einem weiteren auf der Oberseite. In diesem Beispiel sind die Kontaktpads 14a bis 14c größer ausgeführt und besitzen im Wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die m-LED. Letztere wird auf dem Kontaktpad platziert und mit diesem elektrisch verbunden. Kontaktstege 12a bis 12c verbinden auch hier die jeweiligen Eckfahnen 13a bis 13c mit den Kontaktpads. Der vierte gemeinsame Kontaktsteg 12d ist breit ausgeführt und dient dazu über ein transparentes elektrisch leitfähiges Material die Oberseite der m-LEDs 20 zu kontaktieren.
Figur 209 zeigt die Unterseite der Ausführung nach Figur 208A. durch die Kontaktfahnen 13a bis 13d auf der Seitenfläche werden Kontaktpads 15 auf der Unterseite kontaktiert. Diese sind re- lativ großflächig ausgeführt. Der Ausschnitt zeigt hierzu auch eine Seitenansicht. In einer Ausgestaltung ist einer der kon takte größer als die andere und bildet den Anschluss für den gemeinsamen Kontaktleitung 12d auf der Oberseite. Neben der Herstellung eines monolithischen Displays ist in ei nigen Anwendungen und Ausführungen vorgesehen, m-LEDs auf einem Trägersubstrat und dortigen Kontaktbereichen zu transferieren und zu befestigen. Um die Fehlerrate bei einem Transfer und den folgenden Prozessschritten zu verringern, wird in den folgenden Beispielen und Ausführungen ein Pixelarray mit redundanten m- LEDs Positionen vorgeschlagen. Dese können bei Bedarf bestückt werden Die Figuren 211A bis 211C zeigen eine Draufsicht auf die für einen Pixel 11 vorgesehenen Kontakte 13 auf einem Substrat 15. Das Substrat 15 weist mehrere solcher Kontakte 13 für wei- tere Pixel auf, die feld- bzw. arrayartig angeordnet sind. Nach einer Bestückung mit Subpixeln, wie nachfolgend dargelegt, ergibt sich ein Pixelfeld bzw. ein Pixelarray, das zum Beispiel in einem Display angeordnet werden kann. Die Kontakte 13 lassen sich in einen Satz 17 von Primär-Kontak- ten 17a, 17b und 17c und einen Satz 19 von Ersatzkontakten 19a, 19b und 19c unterteilen. Jeder der Kontakte 13 kann mit einem Subpixel, beispielsweise einer m-LED, bestückt werden. Dabei zeigt Figur 211A den unbestückten Zustand.
In einem ersten Bestückungsschritt werden die Pixel 11 des Sub strats 15 so bestückt, dass für jedes Pixel 11 die Primär- Kontakte 17a-17c mit jeweils einem Subpixel 21a, 21b, 21c be stückt werden, während die Ersatzkontakte 19a, 19b, 19c frei bleiben. Bei dem Subpixel 21a kann es sich beispielsweise um eine m-LED handeln, die im roten Spektralbereich Licht emittie ren kann. Bei dem Subpixel 21b kann es sich beispielsweise um eine m-LED handeln, die im grünen Spektralbereich Licht emit tieren kann. Bei dem Subpixel 21c kann es sich beispielsweise um eine m-LED handeln, die im blauen Spektralbereich Licht emit tieren kann. Das Pixel 11 weist somit nach der ersten Bestückung einen Satz von RGB Subpixeln 21a-21c auf, wie Figur 211B zeigt.
Nach der erfolgten ersten Bestückung können die Subpixel 21a- 21c auf Fehler untersucht werden. Beispielweise kann der Sub pixel 21c als fehlerhaft identifiziert werden.
In einem zweiten Bestückungsschritt kann das Ersatz-Subpixel 19c mit einem Ersatz-Subpixel 23 bestückt werden, bei dem es sich um eine m-LED handeln kann, die im blauen Spektralbereich emittiert. Das Ersatz-Subpixel 23 ersetzt somit das fehlerbe haftete Subpixel 21c, welches jedoch auf dem Primär-Kontakt 17c belassen werden kann.
Bei dem Substrat 15 gemäß den Figur 211A bis 211C ist bei jedem Pixel 11 für jeden Primär-Kontakt 17a, 17b, 17c ein jeweiliger, zugeordneter Ersatzkontakt 19a-19c vorgesehen. Das Substrat 15 erlaubt es somit, jeden Subpixel 21a-21c auf einem Primär-Kon- takt 17a-17c durch einen Ersatz-Subpixel auf einem Ersatzkon takt 19a-19c zu ersetzten. Im Gegensatz dazu weist das Substrat 15 gemäß den Figur 212A bis 207C pro Pixel 11 drei Primär-Kontakte 17a, 17b und 17c und nur einen Ersatzkontakt 19a auf, der es erlaubt, ein fehlerhaf tes Subpixel auf einem der Primär-Kontakte 207a bis 207c zu ersetzen. Hierbei sind zusätzliche schaltungstechnische Maßnah- men vorzusehen, um sicherstellen, dass das Pixel mit seinem Subpixel am Sekundärkontakt farbrichtig angesprochen wird.
Die Figur 212A zeigt wiederum eine Draufsicht auf die Kontakte 13 für einen Pixel 11 in unbestücktem Zustand. Wie Figur 212B zeigt, sind nach einem ersten Bestückungsschritt die Primärkon takte 17a-c mit Subpixeln 21a-21c bestückt, bei denen es sich wiederum um m-LEDs für die Primärfarben rot, grün und blau handeln kann. In einem nachfolgenden Schritt kann beispielsweise das Subpixel 21a als fehlerhaft identifiziert werden. Als Ersatz für dieses fehlerhafte Subpixel kann gemäß Figur 212C auf dem Ersatzkontakt 19a ein Ersatz-Subpixel 23 angeordnet werden, welches Licht der gleichen Farbe emittiert wie das Subpixel 21a, wenn es fehler- frei wäre.
Die Figuren 213A bis 213C zeigen eine jeweilige Draufsicht auf ein Substrat 15, bei dem für einen jeweiligen Pixel 11 ein Satz von Primärkontakten vorgesehen ist, der sechs Primärkontakte 17a, 17b, 17c, 17d, 17e und 17f umfasst. Außerdem weist das
Substrat 15 für einen jeweiligen Pixel 11 drei Ersatz-Kontakte 19a, 19b, 19c auf. Figur 213A zeigt die Primär- und Ersatzkon takte in unbestücktem Zustand. In einem ersten Bestückungsschritt gemäß Figur 213B erfolgt eine Bestückung der Primärkontakte 17a-17f mit jeweiligen Subpixeln 21a-21f. Dabei können jeweils zwei Subpixel einer Primärfarbe rot, grün und blau vorgesehen werden. Es ist somit eine zwei- fache Redundanz für jede der Primärfarben rot, grün und blau vorgesehen. Daneben erlaubt die Bereitstellung von 2 Subpixeln pro Farbe eine genauere Helligkeitsabstufung und damit eine verbesserte Helligkeitsauflösung. Trotz der Redundanz kann eine Überprüfung der Subpixel 21a-21f auf Fehler erfolgen. Sollte sich zum Beispiel heraussteilen, dass sowohl Subpixel 21c als auch Subpixel 21f, die Licht der gleichen Farbe emittieren, fehlerhaft sind, kann auf dem Ersatzkontakt 19c ein Ersatz- Subpixel 23 vorgesehen sein, welches die beiden fehlerhaften Subpixel 21c und 21f ersetzt.
Die Primär-Kontakte 17a-17f wie auch die Ersatzkontakte 19a-19c können zur elektrischen Kontaktierung der darauf angeordneten Subpixel 21a-21f, 23 vorgesehen sein. Bei den Subpixeln kann es sich insbesondere um m-LEDs handeln, wie vorstehend ausgeführt wurde.
Das beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich besonders gut zur Herstellung von Pixelfelder für m-Displays, die m-LEDs als Subpixel mit horizontalem Flip-Chip-Design nutzen. Bei die- sem Design befinden sich p- und n-Kontakt auf der Unterseite einer jeweiligen m-LED. Dies erlaubt eine elektrooptische Cha rakterisierung der einzelnen m-LEDs bevor eine weitere Nachbe stückung des Substrats 15 durch weitere Prozessschritte verhin dert wird. Das beschriebene Herstellungsverfahren ist auch für Pixelfelder mit vertikalen m-LED-Chips vorteilhaft. Je nach Testverfahren zum Auffinden von fehlerhaften Subpixeln kann in unterschiedlichen Schritten des Herstellungsverfahrens eine Nachbestückung der redundanten Ersatzkontakte 19a-19c erfolgen. Dabei sollte auf eine weitere Prozessierungsmöglichkeit der elektrischen Kontaktierung der nachbesetzten Ersatzkontakte 19a-19c bzw. der Ersatz-Subpixel 23 geachtet werden.
Hinsichtlich der elektrischen Verschaltung der Primär-Kontakte 17a-17f und der Ersatz-Kontakte 19a-19c gibt es unterschiedli che Ansätze. Beispielsweise können bezogen auf die Figuren 213 die redundanten Kontakte 21a und 21d bzw. 21b und 21e bzw. 21c und 21f in den gleichen jeweiligen Subpixelschaltkreis einge bunden werden. Die Redundanz kann sich somit nur auf die Primär- Kontakte für die Subpixel beziehen, jedoch nicht notwendiger weise auf einen Schaltkreis zur Ansteuerung der Subpixel.
Die Ersatz-Kontakte 19a-19c können so verschaltet sein, dass diese nach einer Bestückung anstelle eines als fehlerhaft iden tifizierten Subpixels angesteuert werden können.
Die einander zugeordneten Primär- und Ersatzkontakte können auch parallel geschaltet sein, wobei eine Zuleitung zu einem Primär kontakt getrennt wird, falls sich das darauf angeordnete Sub pixel als fehlerhaft erweist und eine Bestückung des Ersatzkon takts mit einem Ersatz-Subpixel erfolgt ist.
Wie mit Bezug auf die Figuren 212A bis 212C ersichtlich ist, kann auch wenigstens ein Ersatzkontakt 19a als redundante Plat ziermöglichkeit für die Subpixel auf den Primär-Kontakten 17a- 17c vorgesehen sein, wobei der Ersatzkontakt 19a eine Besetzung mit einem Ersatz-Subpixel unabhängig von der Farbe des emit tierten Lichts erlaubt. Dieser redundante Ersatzkontakt 19a kann wie ein viertes Subpixel verschaltet sein. Eine Programmierung der Ansteuerung des Ersatzkontakts sollte an die Bestückung des Ersatzkontakts 19a angepasst werden in Abhängigkeit von der Farbe des als fehlerhaft identifizierten Subpixels auf einem der Primär-Kontakte 17a-17c.
Im Folgenden sollen einige Konzepte für Maßnahmen zur Verbes serung eines Transfers in Form von einem verbesserten Mass- Transfer-Printing-Prozesses gezeigt werden. Hintergrund des Verfahrens ist ein Transport von m-LEDs eines Wafers auf eine Trägerfläche eines Displays . Dort erfolgt eine Fixierung und Befestigung sowie eine elektrische Verbindung der einzelnen m- LEDs . Dabei liegen zum einen die Abmessungen der einzelnen m- LEDs im Bereich von nur wenigen [gm] n, andererseits ist gleich zeitig eine große Anzahl dieser m-LEDs örtlich zu übertragen. Hierbei sind häufig mehrere Millionen derartiger Mikrostruktu ren von einer Vielzahl von Wafern auf eine gemeinsame Träger fläche zu transferieren.
Im hier in Figur 153A dargestellten Beispiel ist zunächst ein Wafer 12 vorgesehen, auf dem durch verschiedene Halbleiterher stellungsverfahren Epitaxieschichten erzeugt wurden, aus denen dann die einzelnen m-LEDs 16 entstehen. Die m-LEDs können in einigen Aspekten verschiedene Farben und Wellenlängen im Betrieb emittieren. Dies ist hier durch die unterschiedlichen Schattie rungen angedeutet. Die m-LEDs sind zumindest auf ihrer Unter seite und/oder Oberseite flächig ausgeprägt, um beispielsweise eine einfache Befestigung und Transport zu ermöglichen. Als Teil des Herstellungsprozesses können die m-LEDs 16 vom Wafer 12 mechanisch separiert werden. Dies erfolgt durch Entfernen eines sogenannten Sacrificial Layers (siehe hierzu beispielsweise Fi guren 150A bis 150D sowie 148J, 149J und 151J) , gegebenenfalls ergänzt durch einen oder mehrere Release Layer .
In Figur 153B ist gezeigt, wie ein Elastomerstempel 18 vertikal von oben auf den Wafer 12 zubewegt wird und sich durch eine geeignete Oberflächenstruktur des Elastomerstempels 18 an eine Oberfläche der m-LEDs 16 anhaftet. Eine maximale Zugkraft kann beispielswiese proportional zu einer Größe der Oberfläche der m-LED 16 sein. Die Haftung kann beispielsweise durch Silikon materialien erzeugt werden, insbesondere durch sogenannte PDMS- Elastomere. Aufgrund der Trennung der m-LEDs 16 vom Wafer 12 können die m-LEDs in ihrer Vielzahl gemeinsam vom Wafer 12 abgehoben werden, wobei diese am Elastomerstempel 18 haften. Dieser Elastomerstempel 18 wird nun in einer Transferbewegung weg vom Wafer 12 hin zu einer beispielsweise daneben gelagerten Trägerfläche 14 eines Displays bewegt. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Transferwerkzeugs erfolgen, wobei der Elastomer- Stempel 18 als ein Teil eines solchen Werkzeugs anzusehen ist.
In Figur 153C befindet sich nun der Elastomerstempel 18 zunächst über der Trägerfläche 14 und wird in einer Senkbewegung auf eine Oberfläche der Trägerfläche 14 abgesenkt. Hierbei gelangen die m-LEDs 16 mit ihrer Unterseite in mechanischen Kontakt mit der Trägerfläche 14. In einem Folgeschritt, der in Figur 153D ge zeigt ist, erfolgt ein Ablösen der m-LEDs 16 vom Elastomerstem pel 18. Danach wird der Elastomer-Stempel 18 nach oben bewegt, um beispielsweise einen neuen Transferzyklus zu beginnen. Die m-LEDs 16 können beispielsweise durch ein Klebeverfahren dau erhaft an der Trägerfläche 14 befestigt werden.
Die in Figur 153A bis 153D dargestellten Schritte lassen erken nen, dass aufgrund der hohen Anzahl an m-LEDs 16 eine zuverläs- sige und genaue Platzierung in möglichst kurzer Zeit wünschens wert ist. Insbesondere bei der Aufnahme der m-LEDs 16 durch den Stempel 18 kann es wünschenswert sein, die auftretenden Kräfte einerseits gering zu halten und andererseits eine zuverlässige Positionierung und Halten der m-LEDs 16 auf dem Wafer 12 zu erreichen. Insbesondere das Vermeiden von Schwankungen bei der Haftkraft oder zu hohe Haftkräfte auf den Wafer und/oder auf den Stempel kann hier deutliche Verbesserungen bewirken.
Die Figuren 148A bis 148J zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit einer die m- LED tragende Haltestruktur. Dabei das das Herstellungsverfahren der m-LED vereinfacht dargestellt. Es sei in diesem Zusammenhang festgehalten, dass sich das Verfahren mit den hier offenbarten Maßnahmen ergänzen und erweitern lässt. Figur 148A zeigt einen Schritt, bei dem an einem Substrat 3, das hier GaAs aufweist, erst eine Opferschaft aus AlGaAs auf gebracht wird. An dieser wird dann ein funktionaler Schichten stapel 1 epitaktisch aufgewachsen, der also optisch aktiver Schichtenstapel wenigstens einen Quantenwell oder eine andere optisch aktive Struktur 13 aufweist. Daneben umfasst der Schich tenstapel zwei Schichten 15 und 17, die unterschiedlich dotiert sind. Die n-dotierte Halbleiterschicht 15 ist hier an der Op ferschicht 11 angebracht. An einer dem Substrat 3 abgewandten Seite des funktionalen Schichtenstapels 1 wird dann eine erste elektrisch leitende Kontaktschicht 5 abgeschieden. Diese kann beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) aufweisen.
Figur 148B zeigt einen Schritt, bei dem an der dem Substrat 3 abgewandten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels 1 an der ersten elektrisch leitenden Kontaktschicht 5 eine erste lithographische Bearbeitung ausgeführt wird. Im Besonderen wird eine erste Maskierungsschicht 19 an der ersten elektrisch lei tenden Kontaktschicht 5 aufgebracht, wobei für ein Erzeugen einer Haltestruktur 9 ein Bereich der ersten elektrisch leiten den Kontaktschicht 5 von der ersten Maskierungsschicht 19 un bedeckt verbleibt. Von dieser Seite der Schichtfolge her können dann in dem unbedeckten Bereich die erste elektrisch leitende Kontaktschicht 5, der funktionale Schichtenstapel 1, die Opfer schicht 11 und ein Teil des Substrates 3 herausgeätzt werden, so dass sich der im Querschnitt gezeigte Vertiefung bildet. Die Seitenwände sind sehr Steil oder fallen im Wesentlichen senk recht ab.
Figur 148C zeigt einen Schritt, bei dem eine Haltestruktur 9 in dem herausgeätzten Bereich der Schichtfolge ausgebildet wird. Dazu wird Material aus einer Gasphase abgeschieden, welches sich über die Maskierung 19 erstreckt und den Graben auffüllt, bis eine kleine Vertiefung im Material des Stegs 9 auf der Höhe der Maskierungsschicht verbleibt. Die Vertiefung kann Herstellungs bedingt sein und optional entfallen, indem beispielsweise so lange Material aufgebracht wird, bis die Vertiefung vollständig aufgefüllt ist. Eine zu dicke Schicht an Material auf der Mas- kierung 9 kann durch CMP oder andere Verfahren wieder geeignet gedünnt werden.
Figur 148D zeigt einen weiteren Aspekt, nachdem das Material auf der Maskierungsschicht 19 und die Schicht 9 selbst entfernt wurde. Dann wird eine zweite Fotomaske 21 aufgebracht und in einem zweiten Bereich strukturiert, um einen Zugang zur Opfer schicht zu erreichen. Der Bereich zwischen der Haltestruktur wund der Strukturierung bildet die m-LED. Nach dem Strukturieren wird erneut durch die Schichten 5 und 1 bis in die Opferschicht 11 geätzt. Es ergibt sich damit die in Figur 148J dargestellte
Struktur. Hierbei kann der Ätzprozess einen Graben oder ähnli ches bilden, um die Abmessungen der m-LED festzulegen.
Figur 148E zeigt Struktur nach dem Ätzprozess, bei dem die Opferschicht 11 aus der Schichtfolge entfernt, insbesondere nass-chemisch herausgeätzt, wird. Der funktionale Schichtensta pel 1 wird danach von der Haltestruktur 9 getragen, die an dem Substrat 3 befestigt ist. In einem letzten Schritt wird eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht 7 an der dem Substrat 3 zugewandten Seite des funktionalen Schichtenstapels 1 im Be reich der entfernten Opferschicht 11 an dem funktionalen Schich tenstapel 1 angebracht. Das Material der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht 7 kann ITO (Indiumzinnoxid) aufweisen. In dem Bereich, in dem das Opfermaterial weggeätzt wurde, kann die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht 7 mittels Sput- terns angebracht werden, siehe Figur 148F. Auf diese Weise ist der Raum zwischen dem Substrat 3 und dem funktionalen Schich tenstapel 1 erreichbar. Beim Anbringen der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht 7 können zudem Flanken des funktiona- len Schichtenstapels 1 sowie ein Bereich des freigelegten Be reichs des Substrats 3 bedeckt werden. Ebenso wäre eventuell Abschiebung aus der Gasphase, galvanisches aufbringen oder an dere Techniken denkbar.
Nach der Fertigstellung der Kontakte 7 auf der Unterseite der Struktur wird das elektrisch leitende Material auf der Flanke und insbesondere im Bereich des Grabens wieder entfernt. Die so gefertigte Struktur ist in Figur 148G dargestellt. Figur 148H zeigt einen Schritt, bei dem die von elektrisch leitendem Ma terial freien Flanken des funktionalen Schichtenstapels 1 von einer Passivierungsschicht 23 bedeckt werden. Diese ist optio nal. Zudem wurde die zweite Maskierungsschicht 21 entfernt. Eine weitere Passivierungsschicht 25 kann zudem an dem mit elektrisch leitenden Material der zweiten elektrisch leitenden Kontakt schicht 7 bedeckten Substrat 3 erzeugt werden.
Die so gezeigte Struktur lässt sich nun von der Haltestruktur mittels des oben beschriebenen Stempels oder eines anderen Transferwerkzeugs abbrechen. Die Flanken des Schichtenstapels 1 sind hier zudem von einer Passivierungsschicht 23 abgedeckt. Figur 148J zeigt erneut den Schritt des Abbrechens der so ge fertigten m-LED als Draufsicht. Der große Pfeil soll das Abbre chen von einer Haltestruktur 9 und die gezackte Stelle soll eine Bruchstelle 29 darstellten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 149A bis 149J dargestellt. Die Figur 149A bis 149F zeigen Schritte, die zu denen der Figur 148A bis 148F gleich sind. Im Unterschied zu den in Figur 148G dargestellten Schritten wird in Figur 149G bei dem das an den Flanken des funktionalen Schichtenstapels 1 abgeschiedene elektrisch leitende Material entfernt wird. Dann wird vor einer Passivierung oder anstelle davon ein Metall auf den Flanken abgeschieden und eindiffundiert. Dieses Material kann insbesondere Zn sein. Es diffundiert in den Randbereich des Schichtenstapels und erzeugt dort eine Änderung der Band struktur, so dass Ladungsträger von diesem Bereich hoher De fektdichte abgehalten wird. Entsprechend wird auf diese Weise die nichtstrahlende Rekombination von Ladungsträgern im funk- tionalen Schichtenstapel reduziert. Dem schließen sich die zu Figur 148H bis 148J gleichen Schritte gemäß Figur 149H bis 149J an .
Figur 150A bis 1501 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung einer m-LED mit ei ner Haltestruktur.
Figur 150A zeigt einen Schritt, bei dem an einem GaAs Substrat 3 über einer Opferschicht 11 aus AlGaAs, ein funktionaler Schichtenstapel 1 epitaktisch aufgebracht wurde. Zwischen dem funktionalen Schichtenstapel 1 und der Opferschicht 11 ist eine zweite Trageschicht 24 ebenfalls epitaktisch ausgebildet, die beispielsweise InGaAlP aufweist und im Vergleich zur Opfer schicht 11 relativ dünn ist. Ähnlich wie in den vorherigen Ausführungen ist die der Schicht 24 und der Opferschicht be nachbarte dotierte Halbleiterschicht des Schichtenstapels 1 n- dotiert. Die Zweite Halbleiterschicht 17 ist p-dotiert. An einer dem Substrat 3 abgewandten Seite, insbesondere Hauptflächen seite, des funktionalen Schichtenstapels 1 wird nachfolgend eine hier nicht dargestellte erste elektrisch leitende Kontakt schicht 5 angebracht. Diese kann dann beispielsweise ITO (In diumzinnoxid) aufweisen.
Figur 150B zeigt einen Schritt, bei dem an der einem Substrat 3 abgewandten Hauptflächenseite eines funktionalen Schichten stapels 1 eine erste lithographische Bearbeitung ausgeführt wird. Dazu wird eine erste Maskierungsschicht 19 an der zweiten Halbleiterschicht 17 des funktionalen Schichtenstapels 1 ange bracht, wobei für ein Erzeugen einer Haltestruktur 9 äußere Randbereiche des funktionalen Schichtenstapels 1 von der ersten Maskierungsschicht 19 unbedeckt verbleiben. Von dieser Seite der Schichtfolge her können in diesen unbedeckten Randbereichen der funktionale Schichtenstapel 1, die zweite Trageschicht 24 und die Opferschicht 11 bis zum Substrat 3 entfernt, insbeson- dere mittels ICP (induktiv gekoppeltes Plasmaätzen) weggeätzt, werden. Abschließend wird die erste Maskierungsschicht 19, wie der entfernt. Der so ausgebildete Graben kann sich um alle Seiten des Körpers erstrecken, so das auf diese Weise eine oder mehrere durch Gräben getrennte m-LED-Strukturen gebildet wer- den.
Figur 150C stell einen weiteren Schritt des Verfahrens dar, bei dem zur Bereitstellung einer Haltestruktur 9 an dem Substrat 3, an freigelegten Randbereichen der Schichtfolge und an einer dem Substrat 3 abgewandten Hauptoberfläche des m-LED 1 eine erste Trageschicht 20 ausgebildet wird. Das Material der, beispiels weise aus einer Gasphase abgeschiedenen und epitaktisch ange wachsenen, Trageschicht 20 weist InGaAlP auf. Die Trageschicht 20 umhüllt die Schichtfolge zumindest auf einer Seite bis zum Substrat 3, sie erstreckt sich somit von der zweiten Hauptflä chenseite über zumindest eine Seitenflanke zu Substrat. Ab schließend wird eine zweite Maskierungsschicht 21 an der dem Substrat 3 abgewandten Hauptoberfläche der ersten Trageschicht 20 aufgebracht. Ein äußerer Randbereich der Schichtfolge ver- bleibt von der zweiten Maskierungsschicht 21 unbedeckt.
Figur 150D zeigt einen Schritt, bei dem ein von der zweiten Maskierungsschicht 21 unbedeckter äußerer Randbereich des Schichtenstapels 1, der zweiten Trageschicht 24 und der Opfer- Schicht 11 bis zum Substrat 3, insbesondere mittels Ätzens, entfernt worden ist. Auf diese Weise wird von dieser Seite der Schichtfolge her ein Zugang zu der Opferschicht 11 ausgebildet werden. Die von der zweiten Maskierungsschicht 21 bedeckten Bereiche bleiben erhalten auch nachdem in Figur 150D die zweite Maskierungsschicht 21 wieder entfernt wurde. Figur 150E zeigt einen Schritt, bei dem die Opferschicht 11 aus der Schichtfolge entfernt, insbesondere nass-chemisch heraus geätzt, wird. Das Entfernen erfolgt von dem in Schritt 150D freigelegten äußeren Randbereich der Schichtfolge her. Der funk- tionale Schichtenstapel 1 wird danach von der ersten Trage schicht 20 und der zweiten Trageschicht 24 getragen, wobei die erste Trageschicht 20 an dem Substrat 3 befestigt ist. Auf diese Weise wird eine Haltestruktur 9 bereitgestellt, die den funk tionalen Schichtenstapel 1 trägt, und zwar ohne die Opferschicht 11.
Figur 150F stellt die Struktur dar, nach dem eine erste elektrisch leitenden Kontaktschicht 5 und eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht 7 ausgebildet werden. Dabei wird eine elektrisch leitende Schicht ausgebildet, die an der dem Substrat 3 abgewandten Seite an der ersten Trageschicht 20 angebracht wird, die tragend und elektrisch leitend an dem funktionalen Schichtenstapel 1 angebracht ist. Die elektrisch leitende Schicht wird ebenso an der dem Substrat 3 zugewandten Seite des funktionalen Schichtenstapels 1 im Bereich der entfernten Op ferschicht 11 an der zweiten Trageschicht 24 angebracht. Das Material der elektrisch leitenden Schicht kann ITO (Indiumzin noxid) aufweisen. Insbesondere in dem Bereich, in dem die Op ferschicht 11 weggeätzt wurde, kann die elektrisch leitende Schicht mittels Sputterns angebracht werden. Auf diese Weise ist ein Raum zwischen dem Substrat 3 und dem funktionalen Schichtenstapel 1 einfach erreichbar. Beim Anbringen der elektrisch leitenden Schicht können zudem Flanken des funktio nalen Schichtenstapels 1 sowie zumindest ein Teil des freige- legten Bereichs des Substrats 3 bedeckt werden.
Figur 150G zeigt einen Schritt, bei dem das an den Flanken des funktionalen Schichtenstapels 1 abgeschiedene elektrisch lei tende Material zumindest teilweise derart entfernt, insbeson- dere weggeätzt, wird, dass die erste elektrisch leitende Kon taktschicht 5 an der dem Substrat 3 abgewandten Seite elektrisch getrennt von der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht 7 an der dem Substrat 3 zugewandten Seite des funktionalen Schich tenstapels 1 erzeugt wird. Auf diese Weise wird ein kontaktier ter funktionaler Schichtenstapel 1 ausgebildet.
Hierfür wird zuerst eine dritte Maskierungsschicht 31 an der ersten Trageschicht 20 angebracht. Diese dritte Maskierungs schicht 31 lässt Randbereiche zu den Flanken des funktionalen Schichtenstapels unbedeckt. Diese dritte Maskierungsschicht 31 bedeckt Randbereiche der ersten Trageschicht 20, die an dem Substrat 3 befestigt sind. Mittels des Entfernens, insbesondere durch Ätzen, werden hier zum einen die erste und zweite Kon taktschicht 5 und 7 elektrisch voneinander getrennt und die Trageschicht 20 wird mittels der ersten Kontaktschicht 5 derart mechanisch verstärkt, dass eine Haltestruktur 9 zusätzlich me chanisch verstärkt wird.
Figur 150H zeigt einen Schritt, bei dem die dritte Maskierungs schicht 31 entfernt wurde. Der funktionale Schichtenstapel 1 ist mittels einer Haltestruktur 9 an dem Substrat 3 befestigt. Zur Befestigung wirkt die mittels der ersten elektrisch leiten den Kontaktschicht 5 verstärkte erste Trageschicht 20 mit dem von der zweiten Trageschicht 24 stabilisierten und geschützten funktionalen Schichtenstapel 1 zusammen. Mittels eines Abhebe kopfes 27 kann der kontaktierte - das heißt, mit den Kontakt schichten 5 und 7 indirekt beschichtete - funktionale Schich tenstapel 1 abgehoben und dabei von der Haltestruktur 9 abge brochen werden. Bezugszeichen 29 bezeichnet eine Sollbruch stelle, an der ein elektronisches Bauelement beziehungsweise ein kontaktierter funktionaler Schichtenstapel 1 von einem Sub strat 3 abgelöst werden kann. Figur 1501 zeigt erneut einen Schritt des Abbrechens eines, elektrische Kontakte aufweisenden und mindestens eine Funktion bereitstellenden, Schichtenstapels 1, und zwar im Unterschied zu den Querschnitten in Figur 150A bis 150H, diesmal als Drauf- sicht. Der große Pfeil soll das Abbrechen von einer Haltestruk tur 9 und die gezackte Stelle soll eine Bruchstelle 29 dar stellten. Ein abhebbares elektronisches Bauelement, insbeson dere eine abhebbare Mikroleuchtdiode, kann an mehrere Hal testrukturen 9, beispielweise in der Draufsicht an abgerundeten Ecken des Bauelements, befestigt sein.
Figur 151A bis 151J zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens. Die Figur 151A bis 151D zeigen Schritte, die zu Schritten aus dem vorherigen Beispiel der Fi- guren 150 ähnlich sind.
Im Unterschied zu Figur 150E zeigt Figur 151E einen Schritt, bei dem lediglich ein Teil der Opferschicht 11 nass-chemisch entfernt wird. Dadurch wird ein Teilberiech der Schicht 24 frei- gelegt auf im Folgenden die Kontaktschicht 7 aufgebracht wird. Das Entfernen erfolgt von dem in Schritt 4d freigelegten äußeren Randbereich der Schichtfolge her. Der funktionale Schichtensta pel 1 wird danach von der ersten Trageschicht 20 und der zweiten Trageschicht 24 getragen, wobei die erste Trageschicht 20 an dem Substrat 3 befestigt ist. Auf diese Weise wird eine Hal testruktur 9 bereitgestellt, die den funktionalen Schichtensta pel 1 trägt, und zwar ohne die vollständige Opferschicht 11.
Figur 151F zeigt einen Schritt, bei dem eine erste elektrisch leitenden Kontaktschicht 5 und eine zweite elektrisch leitende Kontaktschicht 7 bei einer in Figur 151E lediglich teilweise entfernten Opferschicht 11 ausgebildet werden. Dabei wird eine elektrisch leitende Schicht 5 ausgebildet, die an der dem Sub strat 3 abgewandten Seite an der ersten Trageschicht 20 ange- bracht wird, die tragend und elektrisch leitend an dem funkti onalen Schichtenstapel 1 angebracht ist. Die elektrisch leitende Schicht erstreckt sich ebenso auf die dem Substrat 3 zugewandte Seite des funktionalen Schichtenstapels 1 im Bereich der ent- fernten Opferschicht 11. Insbesondere in dem Bereich, in dem die Opferschicht 11 weggeätzt wurde, kann die elektrisch lei tende Schicht mittels Sputterns angebracht werden. Auf diese Weise ist ein Raum zwischen dem Substrat 3 und dem funktionalen Schichtenstapel 1 einfach erreichbar. Beim Anbringen der elektrisch leitenden Schicht können zudem Flanken des funktio nalen Schichtenstapels 1 sowie der freigelegte Bereich des Sub strats 3 bedeckt werden mit dem elektrisch leitenden Material bedeckt werden. Figur 151G zeigt einen Schritt, bei dem das an den Flanken des funktionalen Schichtenstapels 1 abgeschiedene elektrisch lei tende Material zumindest teilweise entfernt ist. Die erste elektrisch leitende Kontaktschicht 5 an der dem Substrat 3 ab gewandten Seite elektrisch ist somit getrennt von der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht 7 an der dem Substrat 3 zugewandten Seite des funktionalen Schichtenstapels 1.
Hierfür wird eine dritte Maskierungsschicht 31 an der ersten Trageschicht 20 angebracht. Diese dritte Maskierungsschicht 31 lässt Randbereiche zu den Flanken des funktionalen Schichten stapels unbedeckt. Diese dritte Maskierungsschicht 31 bedeckt Randbereiche der ersten Trageschicht 20, die an dem Substrat 3 befestigt sind. Mittels eines Ätzprozesses, werden hier zum einen die erste und zweite Kontaktschicht 5 und 7 elektrisch voneinander getrennt. Davon unabhängig verstärkt die erste Kon taktschicht 5 die Trageschicht 20 mechanisch zusätzlich Die verbliebene Opferschicht 11 bleibt während dieses Schrittes weiter erhalten. Figur 150H zeigt die Struktur nach einem Entfernen der dritten Maskierungsschicht 31 und der restlichen Opferschicht 11. Beide können mittels verschiedener Ätzprozesse entfernt werden. Der funktionale Schichtenstapel 1 ist mittels einer Haltestruktur 9 an dem Substrat 3 befestigt. Zur Befestigung wirkt die mittels der ersten elektrisch leitenden Kontaktschicht 5 verstärkte erste Trageschicht 20 mit dem von der zweiten Trageschicht 24 stabilisierten und geschützten funktionalen Schichtenstapel 1 zusammen. In Figur 1511 ist erneut die Sollbruchstelle 29 dar- gestellt. Figur 151J zeigt erneut einen Schritt des Abbrechens einer elektrische Kontakte aufweisenden m-LED 1 als Draufsicht. Je nach Ausgestaltung, kann eine Haltestruktur mehrere derar tige m-LEDs halten, so dass diese gemeinsam oder nacheinander durch ein Transferinstrument abgehoben werden können.
Bei den hier zuletzt dargestellten Ausführungen kommt es zur Ausbildung einer Bruchkante. Diese ist zwar nur sehr schmal, kann aber dennoch zu nichtstrahlenden Rekombinationszentren führen, so dass die Effizienz der m-LED etwas reduziert ist. Zudem werden etwas höhere Anforderungen an den Transferstempel oder die Transfertechnologie gelegt.
Ein Aspekt, der zu einer weiteren Reduktion des Einflusses von nichtstrahlenden Rekombinationszentren führt, sind in den Fi- guren 152A und 152B dargestellt. Wie bereits erwähnt, erzeugt die Bruchkante oftmals Rekombinationszentren, die zu einer Er höhung nichtstrahlender Rekombination in diesem Bereich führen und damit die Effizienz reduzieren. Nach einer Prozessierung der Halbleiterschichtenfolge wird nun eine Fotomaske 23 aufge- bracht und so strukturiert, dass die Oberfläche benachbart zu den späteren Randbereichen freiliegt. Hingegen bleibt Fotolack über dem Bereich der späteren aktiven Schicht oder dem aktiven Bereich bestehen. Anschließend wird ein Dotierstoff beispiels weise Zn auf der Oberfläche aufgebracht. In einem nächsten Schritt in Figur 152B dargestellt, wird ein Diffusionsschritt durchgeführt. Dabei diffundiert das Zn durch die Schicht 17 und gelangt bis in den aktiven Bereich. Durch geeignete Prozesspa rameter kommt es zu einem Quantenwellintermixing, sofern der aktive Bereich durch einen oder mehrere Quantenwells gebildet wird. Das Quantenwellintermixing zeigt im Bereich des Masken rands wie in dieser Anmeldung erläutert eine starke Änderung, so dass der Verlauf der Bandlücke recht steil ist und einem Bandlückensprung ähnelt. Die erhöhte Bandlücke tritt somit vor allem im Randbereich und auch im Bereich 25a auf, in dem später die Bruchkante gebildet wird. Die Bruchkante wird somit in einem Bereich erhöhter Bandlücke gebildet, so dass Ladungsträger im Betrieb von den durch die Kante erzeugten Defekten ferngehalten wird. Nach Erzeugung eines Quantenwellintermixings kann das Bauelement wie bereits beschrieben weiter prozessiert werden.
Wieder zurückverweisend auf die Figuren 153 und 154 zeigen diese eine weitere Ausgestaltung aus einer Trägerstruktur 10 nach einigen vorgeschlagenen Prinzipien zur Vermeidung von Bruchkan ten und eine Verbesserung des Abhebens. Grundsätzlich entspricht der prinzipielle Aufbau der Darstellung in Figur 153A. Insbe sondere umfasst der in den Figuren 153A und 153B gezeigte Wafer die im folgenden gezeigte Waferstruktur, wobei sich die Figur 154 auf eine vereinfachte Draufsicht von einer Oberseite auf einen Wafer 12 bezieht. Zu erkennen sind drei m-LEDs 16, die in diesem Beispiel jeweils flächig rechteckig ausgeführt sind und nebeneinander angeordnet sind, auch andere Formen von Mikrochips diesbezüglich möglich, beispielsweise hexagonal. Auf einem Wafer 12 können auf einer Fläche von beispielsweise 16 Zoll oder 18 Zoll eine Vielzahl solcher nebeneinander angeordneter m-LEDs 16 vorgesehen sein.
Vor einem Transferprozess sind diese m-LEDs 16 mechanisch lösbar auf dem Wafer 12 angeordnet. Dies bedeutet, dass sie durch ein Stempelwerkzeug 18 abgezogen werden können. Im hier gezeigten Beispiel sind die m-LEDs 16 an ihrer Unterseite teilweise vom Wafer 12 gelöst (nicht zu sehen) und werden nunmehr durch Auf nahmeelemente 20 gehalten. Die hier durch die Draufsicht rund erscheinenden Aufnahmeelemente können beispielsweise säulenar tig oder pfahlartig mit beispielsweise rundem, eckigem oder elliptischem Querschnitt aus einem darunterliegenden Trägersub strat 22 hergestellt sein. Wie gezeigt ist die hier in der Mitte dargestellte m-LED 16 durch insgesamt drei Aufnahmeelemente 20 in seiner Position gehalten. Insbesondere durch die drei Auf lagepunkte kann eine Koplanarität, also eine aus Sicht der Kräf- teverteilung stabile gleiche ebene Anordnung in derselben Ebene wie die anderen m-LEDs 16 erreicht werden. Zwei der Aufnahme elemente 20 nehmen jeweils zwei m-LEDs 16 an ihren Ecken oder Kanten auf. In den folgenden Figuren 155A bis Figur 155D ist jeweils eine vertikale Schnittdarstellung (siehe Linie 24 in Figur 154) für verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Trägerstruk tur 10 gezeigt. Ein Wafer 12 oder allgemein ein Trägermaterial oder Bondingmaterial dient als Basis zur mechanischen Stabili- sierung und zur Aufnahme weiterer Komponenten wie elektrischer Verbindungen, elektronischer Steuerelemente und Ähnlichem. Ver tikal darüber ist ein erster Release Layer 26 angeordnet. Der Release-Layer 26 dient dazu, eine kontrollierte Delamination, also durch eine definierte Zugkraft gewolltes und kontrollier- tes Ablösen der Schichten voneinander zu ermöglichen. Weiterhin kann ein solcher Layer als Ätz-Stopp-Layer dienen, um angren zende Schichten bei einem Ätzvorgang unverändert zu belassen. Dies kann beispielsweise einen Bruchvorgang, wie er bislang im Stand der Technik verwendet wurde, durch ein Ablösen ersetzen, bei dem keine störenden Rückstände an der m-LED verbleiben.
Weiterhin vorgesehen ist ein Sacrificial Layer 28, der auch als Opferschicht bezeichnet wird. Hintergrund ist, dass beispiels weise Silizium als Material für solche Schichten verwendet wird, dass dann in einem Prozessschritt durch chemische Verfahren entfernt werden kann, um beispielsweise die m-LED 16 vom darun terliegenden Wafer 12 zu trennen. Die m-LED 16 weist weiterhin einen Kontaktpad 30 auf, der hier beispielsweise einen halblei tertechnisch aktiven Bereich, wie beispielsweise einen p-n- Übergang aufweisen kann. Beispielhaft ist in Figur 155A und Figur 155B der Querschnitt einer m-LED 16 gezeigt, die eine Epitaxieschicht 32 aufweist. Diese Epitaxieschicht 32 kann zu sätzlich durch einen weiteren zweiten Release Layer 34 ergänzt werden, der zwischen Opferschicht 28 und Epitaxieschicht 32 gebildet ist. Dieser zweite Release Layer 34 kann je nach Aus führungsvariante an verschiedenen Stellen angeordnet sein.
In Figur 155A und 155B ist jeweils eine Ausführungsvariante gezeigt, wo ein Aufnahmeelement 20 als pfahlartige, säulen- oder pfostenartige Erhebung aus dem Wafer 12 einstückig vertikal zwischen zwei m-LEDs 16 durch die Opferschicht 28 ragt und vor der Epitaxieschicht 32 endet. Die Epitaxieschicht 32 läuft hier nach oben eng zu und bildet dadurch einen V-förmigen Mesagraben 38 (siehe Figur 156 und 157) aus. Während in Figur 155A der zweite Release Layer 34 bis an eine Seitenfläche oder teilweise Unterseite des Kontaktpads 30 heranreicht, endet der zweite Release Layer 34 in horizontaler Richtung vor dem Kontaktpad 30, wobei die Opferschicht 28 den verbleibenden Spalt ausfüllt. Über den Mesagraben 38, also den Zwischenraum zwischen zwei m- LEDs 16, kann dann beispielsweise eine gasförmige oder flüssige Ätzsubstanz an die Opferschicht 28 gelangen.
In Figur 155B ist die Delaminierungsschicht auf der freiliegen den Oberfläche des Aufnahmeelements durch den Ätzprozess eben- falls mit entfernt. Durch Steuerung des Ätzprozess kann die Entfernung der Delaminierungsschicht selektiv eingestellt wer den. Beispielsweise kann die Delaminierungsschicht bezüglich dem verwendeten Ätzprozess eine deutlich geringere Ätzgeschwin digkeit als für die Opferschicht 28 aufweisen. Dadurch kann eine vollständige Entfernung der Opferschicht sichergestellt sein, ohne die Delaminierungsschicht oder das Trägersubstrat durch den Ätzprozess zu stark anzugreifen. In einer alternativen Aus gestaltung, die hier jedoch nicht zu sehen ist, wird der Ätz prozess auch verwendet, durch die Delaminierungsschicht und in das Aufnahmeelement hineinzuätzen. Mit anderen Worten wird die trichterförmige Aussparung zwischen den beiden m-LEDs in dem Aufnahmeelement fortgesetzt. Es ergibt sich damit für das Auf nahmeelement eine V—oder U-förmige Vertiefung, und es bleiben zwei Säulen übrig, auf denen die m-LEDs liegen. Die Tiefe einer solchen Ätzung im Aufnahmeelement kann ebenfalls durch den Pro zess eingestellt sein. Generell wird dabei jedoch nicht das ganze Aufnahmeelement durchgeätzt. Vielmehr wird das Aufnahme element nur noch bis zur Hälfte seiner Höhe oder weniger geätzt, so dass eine ausreichende Stabilität der Aufnahmeelemente ge- währleistet bleibt. Insbesondere ist sichergestellt, dass die übrigbleibenden Säulen beim Abnehmen der m-LEDs nicht brechen, sondern die m-LED über eine Überwindung der Haftkraft der Dela minierungsschicht abgehoben wird. In Figur 155C und 155D ist eine weitere Ausführungsvariante, insbesondere in Bezug auf die Ausführung des Aufnahmeelementes 20, gezeigt. Hierbei ragt das Aufnahmeelement 20 jeweils von der Ebene des Wafers 12 ausgehend einstückig durch die Opfer schicht 28 bis zu einer gegenüberliegenden Seite der Trä- gerstruktur 10. Dabei ist das Aufnähmeelernent 20 an seinem obe ren Ende schräg zulaufend bzw. mit schrägen m-LED-Halteflächen 36 ausgeführt, was ein leichteres Abheben der m-LEDs 16 bei gleichzeitigem sicherem Sitz auf dem Wafer 12 erlauben kann. In Figur 155D endet, gemäß einem Beispiel, das Aufnahmeelement 20 vor dem Ende der Epitaxieschicht 32 in vertikaler Richtung.
Das Kontaktpad 30 verbindet die in der m-LED innenliegende Schichten und insbesondere die lichtemittierende Schicht. Wie in Figur 155B und 155D gezeigt, ist das Kontaktpad 30 jeweils das vertikal am weitesten untenliegende Element und kann dadurch in direkten mechanischen und somit elektrischen Kontakt mit einem elektrischen Kontaktelement (nicht gezeigt) auf einer Trägerfläche des Displays oder des Moduls, gegebenenfalls ohne zusätzliches überbrückendes Lot oder leitfähigem Kleber, gelan gen. Ein Kontaktpad 30 kann beispielsweise Kantenlängen in Be reich von 1-15 pm aufweisen.
Figur 155E zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der das Aufnahmeelement deutlich verbreitert ist und sich die Delami nierungsschicht über die Oberfläche des Aufnahmeelements voll ständig erstreckt. Wie in den Figuren 155C und 155D gezeigt, erstreckt sich Opferschicht 28 durch den trichterförmigen Be reich zwischen den einzelnen m-LEDs mit ihrer Epitaxie 32. Jede m-LED umfasst eine Epitaxie deren lateralen Abmessungen an der Lichtaustrittseite größer ist als an der dem Kontaktpad 32 zu gewandten Seite. Mit anderen Worten, die m-LEDs verbreitern sich ausgehend von der Seite mit dem Kontaktpad 32. Dadurch ergibt sich eine Schräge, die in der dargestellten Schnittstruktur „umgedreht" V-förmig ausgestaltet ist. Auf der Oberfläche der Flächen der Epitaxieschicht 32, insbesondere an den den Trichter bildenden schrägen Seiten und an der das Kontaktpad enthaltenen Oberfläche ist ein weitere Schicht 34 aufgebracht. Diese dient als Ätzstop und erzeugt mit der Delaminierungsschicht 26 zusam men eine definierte Haftkraft. Zum Abheben wird nun durch Plas maätzen, gasförmiges Ätzen oder einen anderen Prozess, die Op ferschicht 28 in den V-förmigen Bereichen zwischen den m-LEDs und darunter entfernt, so dass die Chips lediglich mit ihrer Schicht 34 auf der Delaminierungsschicht der Aufnahmeelemente aufliegt .
In Figur 156 und Figur 157 ist jeweils ein Beispiel einer Trä gerstruktur 10 mit beispielhaft 24 m-LEDs 16 gezeigt, die in einer Matrix auf einem Wafer (nicht gezeigt) angeordnet sind. In Figur 156 sind insgesamt 17 Aufnahmeelemente 20 gezeigt. Diese sind teilweise in einem Mesagraben 38 zwischen jeweils zwei benachbarten m-LEDs 16 angeordnet, teilweise auch an Ecken der jeweiligen m-LEDs 16. Diese Anordnung kann dazu führen, dass insgesamt weniger Aufnahmeelemente 20 als eine Gesamtzahl an m- LEDs 16 notwendig sind. Zusätzlich kann ein Aufnahmeelement 20 im hier gezeigten Beispiel bis zu vier angrenzende m-LEDs 16 stützen oder aufnehmen.
In Figur 157 sind die Aufnahmeelemente 20 in ihrer Grundfläche nicht rund wie in Figur 156 ausgeführt, sondern weisen eine rechteckige oder quadratische Grundfläche auf. Dies bedeutet, dass die Kontaktflächen 36, mit der das Aufnahmeelement an derp- LED 16 anliegt, sich ändert. Dies kann eine stabile Aufnahme der m-LED 16 gewährleisten, selbst wenn sich die m-LED 16 in seiner Lage leicht in x-Richtung oder y-Richtung verschiebt. Mit anderen Worten bleibt eine Gesamtkontaktfläche aus allen Kontaktflächen 36 an der m-LED 16 auch bei kleineren Verschie bungen in lateraler Richtung gleich oder zumindest annähernd gleich. Weiterhin können die Aufnahmeelemente 20 auch am äußeren Rand einer Trägerstruktur 12 angeordnet sein und an einer äu ßeren Seitenfläche einer m-LED 16 angreifen. Beispielhaft ist hier erkennbar, dass genau drei Auflagepunkte für dieselbe m- LED eine besonders stabile räumliche Stabilisierung bieten kön nen. Auch hier kann ein Aufnahmeelement 20 zwei oder mehr an grenzende m-LEDs 16 abstützen und so durch eine Mehrfachnutzung Platzbedarf und somit Kosten senken. In den gezeigten Beispielen ist die Auflagefläche gegenüber der Chipfläche stark vergrößert dargestellt. In praktischen Implementierungen ist die Auflage fläche deutlich kleiner, damit die Haftkraft verringert ist, so dass die Delaminationsschicht am Träger verleibt und nicht ab reißt .
Figur 158A zeigt eine Ausführung, bei der mehrere m-LEDs 16 monolithisch auf einem Trägersubstrat hergestellt wurden. Jede m-LED hat die Form eines Hexagons, d.h. 6 Seitenflächen, die jeweils einer Seitenfläche einer benachbarten m-LED gegenüber- liegen. Die Ecken der einzelnen m-LEDs liegen jeweils auf einem Aufnahmeelement 20 auf. Zudem ist eine Flankenstrukturierung vorgenommen, d.h. es sind Gräben geätzt worden, so dass die m- LED lediglich von den Aufnahmeelementen gehalten werden. Jede m-LED umfasst einen zentral angeordneten und runden aktiven Bereich 2a. Dieser ist von einem Bereich 2b umgeben, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Abstand zweier gegenüberliegen der Seitenflächen einer m-LED entspricht. Mit anderen Worten reicht der Bereich jeweils an die Seitenflanke einer jeden he xagonalen Struktur der m-LEDs, die Ecken einer jeden m-LED um- fassen hingegen den Bereich 2b gerade nicht.
In einer anderen Ausgestaltung ist der Bereich 2b etwas größer ausgeführt, so dass sich zwei Bereiche 2b zweier benachbarter m-LEDs virtuell über die Seitenflanken hinaus verlängert gerade treffen würden. Während des Prozessierens der tiefen Flanken struktur wird dieser Teil des zweiten Bereichs aber entfernt. Der zweite Bereich umfasst nun eine größere durch Quantenwellin- termixing erzeugte Bandlücke als die Bandlücke des aktiven Be reichs 2a. Das Quantenwellintermixing wurde beispielsweise mit einem der in dieser Anmeldung offenbarten und vorgestellten Verfahren erzeugt. Durch das Quantenwellintermixing und die da raus resultierende Erhöhung der Bandlücke werden die Ladungs träger effektiv von den Randbereichen und damit den Flanken der m-LED ferngehalten, da dort durch die Prozessierung eine erhöhte Defektdichte vorliegt, die zu nichtstrahlender Rekombination führt .
Figur 158B zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch eine verbesserte Maskenstrukturierung erzeugt wurde. Hintergrund dieser Ausführung ist es, die Anzahl der benötigten Fotomasken und Transferschritte zu reduzieren. In dieser Ausführung wurde eine Fotomaske gewählt, welche zu kleineren Ausbuchtungen an den Ecken führt. Dadurch entsteht diese leicht veränderte Struk tur . In den hier dargestellten Beispielen sind die m-LEDs mittels verschiedener Halbleitertechniken gefertigt. Dazu können die in dieser Anmeldung offenbarten Techniken benutzt werden. Jedoch ist es auch möglich, die Antennenstrukturen auf diese Weise zu transferieren. Der Wafer, auf den transferiert wird, kann Kon taktflächen haben, so dass ein elektrischer Kontakt möglich ist. Ebenso können in diesem Wafer bereits Ansteuerung, Stromquellen und andere Elemente vorhanden sein. Die so transferierten m- LEDS werde anschließend in einigen Ausführungen weiterbearbei- tet . Beispielsweise wird eine Konverterschicht oder ein licht formendes Element auf die m-LED aufgebracht. Grundsätzlich wur den in diesen Ausführungen einzelne m-LEDs transferiert. Jedoch ist das Verfahren nicht auf solche beschränkt. Ebenso können die vorstehenden Module mit diesen Trägerstrukturen geformt sein, um eine einfachere Transferierung derartiger Module zu ermöglichen. Dabei werden die Säulen bzw. die Trägerelemente geformt nachdem bekannt ist welche Größe die Module haben sol len . Herkömmlicherweise gibt es verschiedene Möglichkeiten eines Transfers von Chips von einem Trägerwafer auf ein entsprechendes Zielsubstrat .
Im Stand der Technik sind Transferverfahren wie Laser-Transfer- Drucken oder „self-assembly" von einzelnen Mikroleuchtdioden- Chips aus einer Lösung oder elektrostatisch-aktivierte oder diamagnetische Transferprozess bekannt.
Eine Erweiterung dieser Konzepte wird mit dem hier offenbarten elektrostatischen Transfer näher erläutert. Dabei soll ein Ver fahren angegeben werden, mit welchem optoelektronische Halb leiterchips mit insbesondere kleinen Abmessungen, d.h. m-LEDs aufgenommen und abgelegt und gleichzeitig diejenigen aussor tiert werden, bei denen ein Defekt vorliegt. Figur 159A zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips als ein er findungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die optoelektronischen Halbleiterchips sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als m-LEDs 11 ausgebildet und auf einem Träger 12 voneinander beabstandet angeordnet. Die Vorrichtung 10 weist ein Aufnahme werkzeug 13, ein Anregungselement 14 und eine Spannungsquelle 15 auf. Das Anregungselement 14 emittiert Licht 16, mit welchem die m- LEDs 11 bestrahlt werden. Das von dem Anregungselement 14 emit tierte Licht 16 umfasst Wellenlängen, die Elektron-Loch-Paare in dem optisch aktiven Bereich der m-LEDs 11 durch Anregung erzeugen. Die Elektron-Loch-Paare bewirken eine elektrostati- sehe Polarisation innerhalb der m-LEDs 11, wodurch ein elekt risches Dipolfeld in der Umgebung der jeweiligen m-LED 11 er zeugt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmewerkzeug 13 zwischen dem Anregungselement 14 und den m- LEDs 11 angeordnet. Das Aufnahmewerkzeug 13 ist für das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 zumindest teilweise durchlässig, so dass das Licht 16 zu den m-LEDs 11 gelangen kann .
Das Aufnahmewerkzeug 13 weist Metallkontakte auf, die beispiels- weise in Polydimethylsiloxan (kurz: PDMS) oder ein anderes ge eignetes Material eingebettet sind. Die Metallkontakte sind an die Spannungsquelle 15 angeschlossen. Über eine Spannung an den Metallkontakten kann ein elektrostatisches Feld erzeugt werden. Ferner weist das Aufnahmewerkzeug 13 Erhebungen 17 auf, die sich von einer Oberfläche an der Unterseite des Aufnahmewerkzeugs 13 in Richtung der m-LEDs 11 erstrecken.
Anhand der Figur 159A bis 159D wird im Folgenden ein Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen der m-LEDs 11 mit Hilfe der Vorrich- tung 10 als ein Ausführungsbeispiel nach dem vorgeschlagenen Konzept beschrieben. Das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 bewirkt eine Anregung und eine dadurch hervorgerufene elektrostatische Polarisation in den m-LEDs 11. Gleichzeitig wird das Aufnahmewerkzeug 13 mittels der Spannungsquelle 15 derart geladen, das eine anziehende Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug 13 und den m-LEDs 11 bewirkt wird.
Das Aufnahmewerkzeug 13 wird zu den m-LEDs 11 heruntergefahren, bis die Erhebungen 17 mit den darunter befindlichen m-LEDs 11 in Kontakt sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede zweite m-LED 11 mit einer der Erhebungen 17 in Kontakt. Wie Figur 159B zeigt, wird das Aufnahmewerkzeug 13 anschließend zusammen mit den an den Erhebungen 17 haftenden LEDs 11 ange hoben. In Figur 159C ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Figur 159B dargestellt. Figur 159C zeigt die elektrostatische Ladung des Aufnahmewerkzeugs 13 sowie die Polarisation der m-LEDs 11. Aus Gründen der Einfachheit sind in Figur 159B und allen fol genden Figuren das Anregungselement 14 und die Spannungsquelle 15 nicht dargestellt.
Die zwischen den Erhebungen 13 liegenden m-LEDs 11 werden von dem Aufnahmewerkzeug 13 nicht angehoben. Ferner werden m-LEDs 11 nicht angehoben, bei denen das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 aufgrund von Defekten in den m-LEDs 11 nur eine geringe oder keine Polarisation verursacht. Diese m-LEDs 11 sind in Figur 159A bis 159C dunkel hinterlegt. Die geringere Polarisation im Vergleich zu intakten m-LEDs 11 ermöglicht es, m-LEDs 11 mit entsprechenden Defekten auszusortieren, ohne die m-LEDs 11 vorher testen zu müssen. Anschließend werden die m- LEDs 11, wie Figur 159D zeigt, mittels des Aufnahmewerkzeugs 13 zu einem gewünschten Ort transferiert und dort abgelegt.
Figur 160 zeigt schematisch eine Vorrichtung 20 zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips als ein wei- teres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die in Figur 160 dargestellte Vorrichtung 20 ist weitgehend identisch mit der Vorrichtung 10 aus Figur 159A. Der Unterschied besteht darin, dass das Anregungselement 14 in Figur 160 unterhalb des Trägers 12, auf dem sich die m-LEDs 11 befinden, angeordnet ist. In diesem Fall muss der Träger 14 zumindest teilweise durchlässig für das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 sein, damit eine Photolumineszenzanregung in den m-LEDs 11 erfolgen kann . Figur 161A zeigt schematisch ein zylinderförmig ausgebildetes Aufnahmewerkzeug 13, das wie die Trommel eines Laserdruckers ausgestaltet sein kann. Das Aufnahmewerkzeug 13 ist elektrosta tisch derart geladen, dass zwischen der Oberfläche des Aufnah mewerkzeugs 13 und den darunter befindlichen m-LEDs 11 aufgrund der durch die Photolumineszenzanregung verursachten Polarisa tion eine attraktive Wechselwirkung besteht. Wie in Figur 161B dargestellt ist, wird das zylinderförmige Aufnahmewerkzeug 13 über den Träger 12 gerollt und dabei werden diejenigen m-LEDs 11 aufgenommen, in denen durch das einfallende Licht 16 eine ausreichende Polarisation erzeugt wurde.
Figur 162 zeigt schematisch ein Aufnahmewerkzeug 13 mit Erhe bungen 17 an seiner Unterseite, die sich in Richtung der unter halb des Aufnahmewerkzeugs 13 angeordneten m-LEDs 11 erstrecken. Das von dem in Figur 162 nicht dargestellten Anregungselement 14 emittierte Licht 16 fällt durch das Aufnahmewerkzeug 13 hin durch auf die m-LEDs 11. Um den Durchgang des Lichts 16 zu ermöglichen, ist das Aufnahmewerkzeug 13 aus einem für das Licht 16 zumindest teilweise durchlässigen Material gefertigt. Alter- nativ können entsprechende Durchgangsöffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug 13 integriert sein.
Figur 163 zeigt das Aufnahmewerkzeug 13 aus Figur 162, jedoch werden in Figur 163 selektiv nur bestimmte m-LEDs 11 mit dem Licht 16 bestrahlt, beispielsweise jede zweite m-LED 11. Um dies zu ermöglichen, können entsprechende Durchgangsöffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug 13 integriert sein oder aber es kann eine entsprechende abschattende Maske vorgesehen sein, die das Licht 16 nur auf die vorgegebenen m-LEDs 11 fallen lässt. Im Ergebnis werden nur die mit dem Licht 16 bestrahlten m-LEDs 11 zur Photolumineszenz angeregt und nur diese m-LEDs 11 können von dem Aufnahmewerkzeug 13 aufgenommen werden, sofern sie durch die Photolumineszenzanregung eine ausreichende Pola risation ausbilden.
Figur 164 zeigt schematisch eine Aufnahmewerkzeug 13, das an seiner Unterseite eine durchgehend ebene Oberfläche 21 aufweist. Die ebene Oberfläche 21 ermöglicht es, in unterschiedlichen Mustern und/oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnete m- LEDs 11 aufzunehmen. Weiterhin können abschattende Elemente, zum Beispiel eine Maske, vorgesehen sein, um selektiv nur be stimmte m-LEDs 11 zur Photolumineszenz anzuregen.
Figur 165A bis 165C zeigt die Vorrichtung 10 während des Able- gens der m-LEDs 11. Nach dem in Figur 159A bis 159D dargestell ten Aufnehmen der m-LEDs 11 wird das Aufnahmewerkzeug 13 zu einer in Figur 165A dargestellten Platine transferiert, auf welche einige der m-LEDs 11 montiert werden sollen. Mittels der in Figur 165B dargestellten Spannungsquelle 15 wird die elektrostatische Ladung des Aufnahmewerkzeugs 13 derart ge ändert, dass die anziehende Wechselwirkung zwischen dem Aufnah mewerkzeug 13 und den m-LEDs 11 verringert oder in eine absto ßende Wechselwirkung umgewandelt wird. Mittels der individuell ansteuerbaren Metallkontakte in dem Aufnahmewerkzeug kann die elektrische Ladung in bestimmten Bereichen des Aufnahmewerk zeugs in der gewünschten Weise geändert werden, so dass nur eine vorgegebene Anzahl der m-LEDs 11 auf der Platine 22 abgesetzt wird. Anschließend wird das Aufnahmewerkzeug 13 von der Platine 22 entfernt, wie in Figur 165C gezeigt ist. Die an dem Aufnah mewerkzeug 13 verbleibenden m-LEDs 11 können an anderer Stelle entfernt oder abgesetzt werden, zum Beispiel an einem Reini gungsklebestreifen .
In Figur 166A bis 166C sind verschiedene Optionen schematisch dargestellt, wie durch das Aufnahmewerkzeug 13 ein elektrisches Feld erzeugt werden kann. Die in Figur 166A bis 166C darge stellten Feldlinien 23 geben die Richtung und Stärke des elektrischen Felds an dem jeweiligen Ort an.
In der in Figur 166A gezeigten Ausgestaltung befinden sich La dungen in den Erhebungen 17 des Aufnahmewerkzeugs 13. Die Ge genladungen sich in der Umgebung des Aufnahmewerkzeugs 13 an- geordnet. Dadurch ergibt sich ein elektrisches Feld in der Um gebung jeder der Erhebungen 17, das dem Feld einer Punktladung ähnlich ist. In Figur 166B befinden sich Dipolladungen in dem Aufnahmewerkzeug 13, die derart angeordnet sind, dass die elekt rische Feldstärke an den Spitzen der Erhebungen 17 besonders groß ist. In Figur 166C sind die Erhebungen 17 des Aufnahme werkzeugs 13 elektrisch geladen und die Gegenladungen sind un terhalb des Trägers 12 angeordnet, so dass sich die aufzuneh menden m-LEDs 11 zwischen dem Aufnahmewerkzeug 13 und den Ge genladungen und damit innerhalb des elektrischen Felds befin- den.
Die mit Hilfe des Aufnahmewerkzeugs 13 erzeugten elektrischen Felder sollten nicht homogen sein, um eine effektive Kraft auf die Dipole der m-LEDs 11 auszuüben, damit diese von dem Träger 12 aufgenommen werden können. In Figur 166A bis 166C sind au ßerdem elektrische Feldlinien 24 der m-LEDs 11 dargestellt, die durch die Anregung erzeugt werden. Die Wechselwirkung der Feld linien 24 der m-LEDs 11 mit den Feldlinien 23 des Aufnahmewerk zeugs 13 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Figur 167A und 167B zeigen Darstellungen hinsichtlich Transfer schritte eines herkömmlichen Verfahrens und hinsichtlich eines Verfahrens nach dem hier vorgestellten Konzept eines zweifacher Transferprozesses. Bei der Herstellung von m-Displays spielt der parallele, fehlerfreie Transfer von vielen m-LEDs von einem Trägersubstrat 3 auf ein Display-Substrat 7 eine entscheidende Rolle. Dabei ist die Anzahl an notwendigen Transferschritten für die Herstellungskosten von Bedeutung. Je weniger Transfer schritte notwendig sind, desto geringer sind die entsprechenden Prozesskosten. Parallel zur Kostenbetrachtung ist die techni sche Machbarkeit zur Reduzierung der Transferschritte relevant.
Im Allgemeinen ist die Dichte von m-LEDs auf einem Trägersub strat 3 um Größenordnungen höher als auf einem m-Display. Das Verhältnis hängt dabei von der m-LED-Größe, dem Chip-zu-Chip- Abstand (Wafer-Pitch) auf dem Trägersubstrat 3 sowie der Ziel auflösung des m-Displays (Pixel-Pitch) ab.
Der Transfer vom Trägersubstrat 3 auf das Zielsubstrat 7 kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren derart erfolgen, dass die m-LEDs entsprechend dem Pixel-Pitch des Displays vom Trägersub strat 3 abgenommen werden und auf das entsprechende Substrat 7 transferiert werden. Die Größe des Transferstempels sowie die Größe des abnehmbaren Bereichs auf dem Trägersubstrat 3 und die Gesamtgröße des m-Displays definieren dann die Anzahl an Trans ferschritten für ein m-Display. Vorteilhaft ist es, wenn die Stempelgröße derart gewählt wird, dass die Displaygröße mittels ganzzahligen Vielfachen der Stempelgröße in x- und y-Richtung vollständig bestückt werden kann. Auf diese Weise lassen sich Einzel-Transferprozesse vermeiden. Für die Herstellung von Farbdisplays muss der Transfer für alle drei Farben Rot, Grün, Blau der m-LED auf das Zielsubstrat erfolgen.
Beide Figuren 167A und 167B zeigen ein Trägersubstrat 3, auf dem m-LEDs 1 ausgebildet worden sind. Entsprechend stellt ein Trägersubstrat 3 beispielsweise m-LEDs einer Farbe, beispiels weise Rot, Grün und Blau bereit. Es soll nun die Anzahl der Transferschritte bestimmt werden, mittels denen m-LEDs von ei nem Trägersubstrat 3 direkt auf ein m-Display transferiert wer- den, wobei dies einem herkömmlichen Verfahren entspricht.
Das Display weist hier beispielsweise räumliche Erstreckung von 200mm in x-Richtung und von 100mm in y-Richtung auf. Das Trä gersubstrat 3 hat beispielsweise einen Durchmesser von 300mm. Der Abstand (pitch) der m-LEDs zueinander ist 10pm. Der Abstand (pitch) von Pixeln des Displays zueinander ist mit lOOpm zehnmal so groß . Es soll ein Farbdisplay mit roten, grünen und blauen m-LEDs ausgebildet werden. Daher ist dieser ganze Prozess für jede Farbe auszuführen.
Figur 167A zeigt maximale Stempelpositionen pro Trägersubstrat 3 für eine kleine Transferstempelgröße. Figur 167B zeigt maxi male Stempelpositionen pro Trägersubstrat 3 für eine relativ große Transferstempelgröße. In Figur 167A beträgt die Größe des Transferstempels 10mm in x-Richtung und ebenso 10mm in y-Rich- tung. Entsprechend müssen für eine Displayfläche von 20.000mm2 (200mm x 100mm) bei der gewählten Fläche des Transferstempels von 100mm2 insgesamt s=200 Transferschritte für jeweils eine Farbe ausgeführt werden. Bei einer Verwendung der drei Farben Rot, Grün und Blau ergeben sich damit 600 Transferschritte für ein Display. Figur 167A zeigt, dass bei dieser Ausführung bis zu 610 Transferschritte ausgeführt und damit 86,3% des Wafers genutzt werden können. Dabei ist jedoch anzumerken, dass davon ausgegangen wird, dass jeder Transferschritt keinen Transfer- fehler beinhaltet, d.h. dass auch alle zu übertragenden m-LEDs abgenommen werden.
Kleine Transferstempel resultieren in einer großen Nutzungsflä che auf dem Trägersubstrat 3. Mit anderen Worten können sehr viele m-LEDs auf einem Trägersubstrat abgenommen werden, wenn der Transferstempel klein ist. Jedoch ist der daraus resultie rende hohe Nutzungsgrad mit einer großen Anzahl von Transfer schritten verbunden. Figur 167B zeigt eine Ausführung, bei der die Größe des Transferstempels mit räumlichen Erstreckungen von 40mm in einer x-Richtung und 50mm in einer y-Richtung ausgeführt ist .
Entsprechend muss für eine Displayfläche von 20.000mm2 bei der gewählten Fläche des Transferstempels von 2.000mm2 eine Anzahl von r=10 Transferschritte für jeweils eine Farbe ausgeführt werden. Bei einer Verwendung der drei Farben Rot, Grün und Blau ergeben sich damit lediglich 30 Transferschritte für ein Dis play. Figur 167B zeigt jedoch, dass bei dieser Ausführung bis zu 24 Transferschritte ausgeführt und damit lediglich 67,9% des Wafers genutzt werden können. Daraus ergibt sich, dass größere Transferstempel zwar in einer kleineren Anzahl von Transfer schritten resultieren, jedoch ist auch die Nutzungsfläche auf dem Trägersubstrat 3 kleiner. Mit anderen Worten, ein größerer Stempel kann einige Bereiche auf dem Trägersubstrat nicht ohne weiteres erreichen.
Es soll nun die Anzahl der Transferschritte bestimmt werden, mittels denen m-LEDs von einem Trägersubstrat 3 über einen Zwi schenträger 5 auf ein Zielsubstrat für ein m-Display transfe riert werden. Im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren wird anstelle eines Displays nun zunächst ein Zwischenträger 5 auf dieselbe Weise wie beim herkömmlichen Verfahren bestückt. Es gelten weiterhin alle vorstehend beschriebenen Größenangaben. Entsprechend benötigt man mit einem Transferstempel gemäß Figur 167A ebenso s=200 Transferschritte pro Farbe und mit einem Transferstempel gemäß Figur 167B ebenso r=10 Transferschritte pro Farbe . Da der Abstand (pitch) der m-LED auf dem Trägersubstrat 3 zu einander IOmih ist, und der Abstand (pitch) von Pixeln des Dis plays zueinander mit lOOpm zehnmal so groß ist, können im her kömmlichen Verfahren beim Transfer lediglich um den Faktor n=100 weniger m-LED als möglich übertragen werden, mit anderen Worten beide Stemple übertragen pro Vorgang im herkömmlichen weniger m-LEDs als es eigentlich möglich wäre.
Verfahren nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden beim Transfer alle auf dem Trägersubstrat 3 vorhandenen und vom Stempel er reichbaren m-LEDs auf den Zwischenträger 5 übertragen. Dies sind sogenannte erste Transferschritte, die mittels eines ersten Transferstempels 4 ausgeführt werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren weist der Zwischenträger 5 die Größe des Displays auf, sodass mittels eines zweiten Transferschrittes mit Hilfe eines dazu gleichgroßen zweiten Transferstempels 6 ein Display für eine Farbe mit einem Transfer vollständig bestückt wird. Da die erste Dichte an m-LEDs auf dem Zwischenträger 5 um den Faktor n=100 größer als die Dichte der Pixel auf dem Display ist, wird aus einem Zwischenträger 5 eine Anzahl von n=100 Displays einer Farbe hergestellt. Für Farbdisplays sind dann 3x100 zweite Transferschritte erforderlich, die zusammen mit den ersten Transferschritten eine jeweilige folgende Gesamtzahl an Trans ferschritten pro 100 Farbdisplays ergeben:
Für den kleinen Transferstempel 4 gemäß Figur 167A ergibt sich eine Gesamtzahl von 3x200 + 3x100 Transferschritten für 100
Farbdisplays, also 9 Transferschritte pro 1 Farbdisplay. Für den größeren Transferstempel 4 gemäß Figur 167B ergibt sich eine Gesamtzahl von 3x10 + 3x100 Transferschritten für 100 Farbdis plays, also 3,3 Transferschritte pro 1 Farbdisplay.
Dies ist eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu dem her kömmlichen Verfahren, bei dem 600 Transferschritte pro 1 Farbdisplay für den kleinen Transferstempel gemäß Figur 167A und 30 Transferschritte pro 1 Farbdisplay für den größeren Transferstempel gemäß Figur 167B ausgeführt werden müssen. Die Angaben der Transferschritte pro Farbdisplay sind Durch schnittswerte, von denen reale Herstellungsverfahren im Rahmen von Toleranzen und aufgrund von Defekten abweichen können.
Figur 168 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Startstruktur für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Draufsicht. Diese Startstruktur dient dazu, um die beiden Transferschritte jeweils sicher und zuverlässig auszu führen. Figur 168 zeigt m-LEDs 1, die an Modulbereichen 11 angeordnet sind, die mittels erster Ankerelemente 9 an einem Trägersubstrat 3 anhaften. Die Modulbereiche 11 können aus einem oder verschiedenen Trägersubstrat 3 zusammengestellt werden.
Die ersten Ankerelemente 9 sind mit dem Trägersubstrat 3 ver bunden und ausgeführt, mehrere Modulbereiche 11 derart zwischen den ersten Ankerelementen 9 lösbar festzuhalten, dass die Mo dulbereiche 11 in ersten Transferschritten S2 mit einer ersten definierten Mindestabhebekraft quer zu der Substratebene mit tels des ersten Transferstempels 4 vom Trägersubstrat 3 ge trennt, herausbewegt und danach auf den Zwischenträger 5 über tragen werden können. Die Mindestabhebekraft muss mindestens aufgebracht werden, um ein Abheben zu ermöglichen und durch die Ankerelemente 9 definiert eingestellt werden.
Die Haftkraft, mit der die m-LEDs 1 an dem ersten Transferstem pel 4 haften, ist dabei größer als die erste definierte Min destabhebekraft . Figur 169 zeigt das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 168 der Startstruktur nach dem vorgeschlagenen Kon zept für das Verfahren in einer vergrößerten Darstellung.
In der vergrößerten Darstellung ist sichtbar, dass die m-LEDs 1 mittels zweiter Ankerelemente 13 an Modulbereichen 11 anhaf- ten. Die Modulbereiche 11 tragen damit eine Vielzahl transfe rierbare m-LEDs . Im Besonderen werden zweite Ankerelemente 13 ausgebildet, die derart mit den Modulbereichen 11 verbunden und ausgeführt sind, m-LEDs 1 derart zwischen den zweiten Ankerele- menten 13 lösbar festzuhalten, dass die m-LEDs 1 in einem je weiligen zweiten Transferschritt S3 mit einer zweiten definier ten Mindestabhebekraft quer zu der Ebene eines jeweiligen Mo dulbereichs 11 mittels des zweiten Transferstempels 6 von einem Zwischenträger 5 getrennt, herausbewegt und danach auf das Zielsubstrat 7 übertragen werden.
Die Haftkraft, mit der die m-LEDs 1 an dem zweiten Transfer stempel 6 haften, ist dabei größer als die zweite definierte Mindestabhebekraft . Figur 168 und Figur 169 stellen erste Startstrukturen dar, mittels denen das vorgestellte Verfahren ausgeführt werden kann. Durch erste Ankerelementen 9 kann ein jeweiliger erster Transferschritt und mittels zweiter Ankerele mente 13 kann ein jeweiliger zweiter Transferschritt sicher und zuverlässig durchgeführt werden. Mittels der Ankerstrukturen 9, 13 werden definierte Mindestabhebekräfte für ein Abheben wäh rend der beiden Transferschritte eingestellt.
Figur 170 zeigt eine weitere Darstellung hinsichtlich der Her stellung einer erfindungsgemäßen ersten Startstruktur. Links ist ein rundes Trägersubstrat 3 dargestellt, in dem rechteckige Modulbereiche 11 eingezeichnet sind. Trägersubstrat 3 weist die zweifachen Ankerelemente in Ausgestaltung der ersten Ankerele mente 9 für die Modulbereiche 11 und der zweiten Ankerelemente 13 für die Mikroleuchtdioden auf. Auf der rechten Seite ist eine vergrößerte Darstellung eines rechteckigen Modulbereichs 11 ab gebildet. Das Modul umfasst zudem Anhebeelemente 15 an zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken. Diese dienen zur Sicherstellung, dass die Modulbereiche 11 sicher transferiert werden können. Die Anhebeelemente 15 können alternativ in den vier Ecken eines Modulbereichs 11 oder in den vier Ecken eines Modulbereichs 11 und zusätzlich in dessen Zentrum ausgebildet sein. Anhebeelemente 15 stellen Wirkflächen für einen ersten Transferstempel zum Anheben von Modulbereichen 11 bereit. Somit lassen sich Modulbereiche mit m-LEDs 1 aus verschiedenen Trä- gersubstraten 3 zusammenstellen.
In einigen Aspekten sind die Anhebeelemente 15 als m-LEDs 1 ausgebildet, die nicht transferiert werden sollen und direkt an den Modulbereichen 11 befestigt sind. Anhebeelemente 15 sind damit m-LEDs 1, die ohne zweite Ankerelemente 13 unmittelbar mit den Modulbereichen 11 verbunden sind. Ohne Ankerelemente ergibt sich eine große Haftkraft der Anhebeelemente 15 an den jeweiligen Waferbereich 11. Anhebeelemente 15 erzeugen eine quadratische oder runde Fläche oder Strukturen, wie es bei- spielsweise Kreuze sein können. Die Anzahl der Anhebeelemente 15 kann proportional der Größe des Modulbereichs 11 gewählt werden. Wenn die Anhebeelemente 15 lediglich mit den Modulbe reichen 11 unmittelbar verbundene Strukturen sind, ist die An ordnung der Struktur der Anhebeelemente 15 als ganzzahliges Vielfaches des Display-Pixel-Abstands ausgewählt, um einen mög lichst geringen Verlust an Chip-Fläche zu generieren. Sind als m-LEDs 1 als Anhebeelemente 15 vorgesehen, so sind diese nicht mehr als Displayelemente verwendbar. Alternativ oder kumulativ können entsprechend den Anhebeelemen ten 15 Positionierungselemente 17 als Positionierhilfen für ei nen positionsgetreuen Transfer ausgebildet werden. Anhebeele mente 15 sind dann die Positionierungselemente 17. Die Genau igkeit eines Wafer-Pitches der einzelnen m-LEDs auf den trans- ferierten Modulbereichen 11 wird durch den Übertragungsprozess nicht beeinträchtigt. Da die Positioniergenauigkeit von groß flächigen Modulbereichen 11 zueinander beispielsweise nicht durch Ausdehnungseffekte eines Transferstempels beim Transfer negativ beeinflusst wird, kann ebenso eine größere Gesamtgenau- igkeit beim „Stückeln" eines temporären Zwischenträgers 5 er reicht werden. Damit ergeben sich ebenso geringere Toleranzen bei der finalen Bestückung von Displays mit Mikroleuchtdioden. Figur 171 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt wird ein Zwischenträger 5 in der Zielgröße des Displayproduktes mit identischer m-LED- Dichte wie bei dem Trägersubstrat 3 erzeugt. Die Grundform des Zwischenträgers 5 ist rechteckig. Dann erfolgt ein Ausdünnen beim Transfer auf das Display. Dazu wird der Zwischenträger 5 bereitgestellt, auf den Modulbereiche 11 des Wafers 3 temporär komplett transferiert werden können. In einem zweiten Stempel schritt beziehungsweise Transferschritt S3 werden einzelne m- LED mit dem richtigen Pixelabstand wieder abgenommen, um auf ein finales Zielsubstrat 7 transferiert zu werden. Die Positi onstreue beim Transfer auf den Zwischenträger 5 sowie die po sitionsgetreue, möglichst fehlerfreie Ablage beim Transfer auf das Zielsubstrat 7 ist ein wichtiges Kriterium. Zur Herstellung eines Farbdisplays werden im Besonderen in dem Beispiel der Figur 172 folgenden Schritte ausgeführt, und zwar für jede der Farben Rot, Grün und Blau:
Mit einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Erzeugen von m-LEDs 1 auf einem Trägersubstrat 3 mit einer ersten Dichte. Dabei werden auf dem Trägersubstrat 3 erste Ankerelemente 9 und zweiten An kerelemente 13 zur Positionierung von Modulbereichen 11 und m- LEDs 1 ausgebildet. Diese Ankerelemente 9, 13 stellen damit
Doppel-Ankerelemente-Strukturen oder zweifache Ankerelemente- Strukturen als Startstrukturen für das Verfahren bereit. Nach einem Prozessieren des Trägersubstrats 3 werden die auf dem Trägersubstrat 3 befindlichen Modulbereiche 11 derart getestet, dass beispielsweise funktionierende von fehlerhaften m-LEDs 1 unterschieden werden, eine Ausbeute festgestellt oder Farb-Orte bestimmt werden. Mit einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Ausführen eines jewei ligen ersten Transferschrittes durch einen ersten Transferstem pel 4, der die m-LEDs 1 auf einen Zwischenträger 5 mit der ersten Dichte überträgt. Es werden abhängig von den Test-Ergeb- nissen lediglich bestimmte Modulbereiche 11 auf einem Zwischen träger 5 angeordnet. Auf diese Weise können beispielsweise le diglich funktionierende Modulbereiche 11 oder lediglich Modul bereiche 11 mit geeigneter Farbe ausgebildet werden. Je nach Ausgestaltung erfolgt ein mehrfacher Transfer bis der Zwischenträger 5 komplett mit Modulbereichen 11 bestückt ist. Diese werden mittels eines haftenden Klebematerials oder eines Klebefilms an dem Zwischenträger 5 befestigt. Die Haftkraft kann mittels Selbsthärtung oder Vernetzung mittels Ultraviolett- Licht oder Beaufschlagung mittels einer hohen Temperatur erzeugt werden. Optional kann eine thermische oder thermokompressive Behandlung des Zwischenträgers 5 erfolgen, die zur Verbesserung der Planarität und/oder Haftung führt. Es wird für jede Farbe ein Zwischenträger 5, beispielsweise ein 12,3 Zoll Zwischenträ- ger 5, verwendet. Der Zwischenträger 5 kann mit Modulbereichen 11 von verschiedenen Trägersubstraten 3 bestückt werden.
Mit einem dritten Schritt S3 wird ein jeweiliger zweiter Trans ferschritt ausgeführt. Dabei werden mittels eines zweiten Trans- ferstempels 6 die m-LEDs 1 mit einer zur ersten Dichte um einen Faktor n kleineren zweiten Dichte von dem Zwischenträger 5 auf ein Zielsubstrat 7 übertragen. Der Abstand der Pixel und damit auch der m-LED auf dem Zielsubstrat 7 entspricht einem Vielfa chen des Abstands der m-LEDs der gleichen Art auf dem Zwischen- träger 5 und kann in beiden Raumrichtungen unterschiedlich sein. Mit anderen Worten werden m-LEDs auf dem Zwischenträger anhand des Pitches auf dem Zielsubstrat 7 ausgewählt und übertragen. Dadurch kommt es zu einem Ausdünnen der m-LED auf dem Zwischen träger 5. Jedoch kann aus drei bestückten Zwischenträgern eine entsprechende Vielzahl von Farbdisplays erzeugt werden. Das Zielsubstrat 7 stellt für ein jeweiliges der n Arrays eine gemeinsame Arrayfläche, insbesondere für alle drei Farben, be reit. Größe und Form des Zwischenträgers 5 und des zweiten Transferstempels 6 sind zueinander gleich und bevorzugt zu der Arrayfläche gleich. Auf diese Weise kann mit einem zweiten Transferschritt eine Backplane eines Displays mit m-LEDs einer Farbe bestückt werden. Sind Zwischenträger 5 und zweiter Trans ferstemple 6 um einen Faktor k kleiner als das Display, müssen entsprechend k zweite Transferschritte ausgeführt werden, was einen Herstellungsaufwand vergrößert. Das Zielsubstrat 7 kann von mehreren Zwischenträgern 5 bestückt werden, um beispiels weise farbige Bildschirme herzustellen.
Mittels einer weiteren Prozessierung S4 kann das Display wei- terverarbeitet werden. Beispielsweise erfolgt die Herstellung eines jeweiligen elektrischen Top-Kontaktes bei vertikalen Mik roleuchtdioden oder die Herstellung beider elektrischer Kon takte bei horizontalen Mikroleuchtdioden. Zudem können optische Auskopplungsstrukturen oder Auskopplungsschichten oder Oberflä- chenveredelungsschichten ausgebildet werden, die beispielsweise zur Verbesserung des Schwarzeindrucks dienen können. Es kann zudem eine Modulisierung ausgeführt werden.
Figur 172 zeigt das erste Ausführungsbeispiel einer Startstruk- tur für das vorgeschlagene Verfahren im Querschnitt. Die Startstruktur umfasst mehrere m-LEDs 1, die mittels zweiter Ankerelemente 13 mit Modulbereichen 11 verbunden sind. Diese sind wiederum durch erster Ankerelemente 9 mit einem Trägersub strat 3 verbunden. Zwischen Trägersubstrat 3 und Modulbereichen 11 einerseits und m-LEDs 1 und Modulbereichen 11 andererseits werden Ankerelemente 9, 13 derart ausgebildet, dass bei einer definierten ersten Mindestabhebekraft des abhebenden ersten Transferstempels 4 in einem ersten Transferschritt S2 die Mo dulbereiche 11 und bei einer definierten zweiten Mindestabhebe- kraft des abhebenden zweiten Transferstempels 6 in einem zweiten Transferschritt S3 die m-LEDs 1 von den Modulbereichen 11 ge trennt, angehoben und danach übertragen werden.
Figuren 173A bis 173E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens unter Verwendung der gezeigten ersten Startstruktur.
Figur 173A zeigt wie eine Vielzahl von Modulbereichen 11 mit m- LEDs 1 von den ersten Ankerelementen 9 und dem Wafer 3 mit einem Schritt S2.1 gelöst werden. Dies wird mittels eines ersten Transferstempels 4 ausgeführt. Für das Abheben der Modulberei che 11 ist die Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11 (zweite Haftkraft) größer als die Haftkraft (erste Haftkraft) der Modulbereiche 11 an dem Trägersubstrat 3. Zudem ist ebenso die Haftkraft des ersten Transferstempels 4 an den m-LEDs 1 größer als die erste Haftkraft der Modulbereiche 11 an dem Trägersubstrat 3. Die von dem ersten Transfertempel 4 aufge brachte erste Mindestabhebekraft ist wiederum größer als die erste Haftkraft der Modulbereiche 11 an dem Trägersubstrat 3 und kleiner als die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modul bereichen 11 und kleiner als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Transferstempel 4.
Für ein erfolgreiches mit Figur 173B beschriebenes Ablegen der m-LEDs 1 tragenden Modulbereiche 11 auf den Zwischenträger 5 muss die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11 größer sein als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Trans ferstempel 4. Die Haftkraft der Modulbereiche 11 an dem Zwi schenträger 5 muss größer sein als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Transferstempel 4. Für das Einstellen der jewei ligen ersten und zweiten Haftkräfte werden erste Ankerelemente 9 und zweite Ankerelemente 13 verwendet. So wird die erste Haftkraft zwischen den Modulbereichen 11 und dem Wafer 3 mittels der ersten Ankerelemente 9 bereitgestellt. Die jeweilige zweite Haftkraft zwischen den m-LEDs 1 und den Modulbereichen 11 wird mittels der zweiten Ankerelemente 13 bereitgestellt. Die von dem ersten Transferstempel 4 aufgebrachte Ablösekraft muss grö ßer als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Transferstempel 4 und kleiner als die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11 sein. Die Ablösekraft ist die Kraft, die min destens angewendet werden muss, um ein Ablösen auszuführen.
Figur 173B zeigt einen nachfolgenden Schritt S2.2 eines Auf- bringens der m-LEDs 1 tragenden Modulbereiche 11 auf den Zwi- schenträger 5. Dies wird ebenso mittels des ersten Transfer stempels 4 ausgeführt.
Durch die Auswahl eines geeigneten Materials kann eine Verbin dung zwischen den Modulbereichen 11 und dem Zwischenträger 5 mit der geforderten Haftkraft vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein Kleber verwendet werden. Die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Transferstempel 4 kann auch durch eine geeignete Bewegungsführung des ersten Transferstempels 4 beim Abheben und Absetzen verändert werden, z.B. durch Bewegungsführungen mit Seher-Anteil, d.h. parallel zur Ebene des Zwischenträgers. Die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem ersten Transferstempel 4 kann beispielsweise während des Absetzens verringert werden.
Schritte S2.1 und S2.2 werden mehrfach ausgeführt, bis bei- spielsweise für eine Farbe aus Rot, Grün oder Blau der Zwi schenträger 5 vollständig bestückt ist.
Figur 173C zeigt einen nachfolgenden Schritt S3.1 eines Abhebens der m-LEDs 1 von den Modulbereichen 11 zur Übertragung auf das Zielsubstrat 7. Dies wird mittels eines zweiten Transferstem pels 6 ausgeführt. Die m-LEDs 1 werden von den zweiten Ankerele menten 13 und den Zwischenträgern 5 gelöst. Es werden hier m- LEDs 1 gleichzeitig von mehreren Zwischenträgern gelöst. Die Dichte der m-LEDs 1 auf den Modulbereichen 11 entspricht dabei nicht der Dichte der m-LEDs 1 auf dem Zielsubstrat 7. So kann beispielsweise die erste Dichte zweimal so groß wie die zweite Dichte sein. Entsprechend weist der zweite Stempel 6 Abgrei felemente 19 auf, die dem Abstand der m-LEDs 1 auf dem Zielsub strat 7 entsprechen. Figur 173C zeigt eine doppelt so große erste Dichte der m-LEDs 1 auf den Modulbereichen 11 im Verhält nis zur zweiten Dichte der m-LEDs 1 auf dem Zielsubstrat 7.
Die Haftung des zweiten Transferstempels 6 muss zudem stärker sein als die Haftung der m-LEDs 1 auf dem Zwischenträger 5. Für das Abheben der m-LEDs 1 muss die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transferstempel 6 größer sein als die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11. Zudem muss ebenso die Haftkraft der Modulbereiche 11 an dem Zwischenträger 5 größer sein als die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11. Die von dem zweiten Transferstempel 6 aufgebrachte defi nierte zweite Mindestabhebekraft muss größer als die zweite Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereichen 11 und kleiner als die Haftkraft der Modulbereiche 11 an dem Zwischenträger 5 und kleiner als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transfer- Stempel 6 sein.
Für ein erfolgreiches mit Figur 173D beschriebenes Ablegen der m-LEDs 1 von dem zweiten Transferstempel 6 auf das Zielsubstrat 7 muss die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem Zielsubstrat 7 größer sein als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transfer stempel 6. Umgekehrt ist die von dem zweiten Transferstempel 6 aufgebrachte Ablösekraft größer als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transferstempel 6 aber kleiner als die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem Zielsubstrat 7. Für das Einstellen der jeweiligen Haftkräfte werden die zweiten Ankerelemente 13 sowie Verbindungsmittel und die Bewegungsführung des zweiten Trans ferstempels 6 verwendet. Die jeweilige zweite Haftkraft zwischen den m-LEDs 1 und den Modulbereichen 11 wird mittels der zweiten Ankerelemente 13 bereitgestellt. Figur 173D zeigt einen nachfolgenden Schritt S3.2 eines Auf- bringens der m-LEDs 1 auf das Zielsubstrat 7. Dies wird ebenso mittels des zweiten Transferstempels 6 ausgeführt. Es werden m- LEDs 1 auf ein Zielsubstrat 7 gebracht, das Bestandteil eines Displays ist.
Die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transferstempel 6 kann auch durch eine geeignete Bewegungsführung des zweiten Trans ferstempels 6 beim Abheben und Absetzen verändert werden, z.B. durch Bewegungsführungen mit Seher-Anteil, d.h. parallel zur Zielsubstrat-Ebene. Die Haftkraft der m-LEDs 1 an dem zweiten Transferstempel 6 kann beispielsweise während des Absetzens verringert werden. Durch die Auswahl eines geeigneten Materials kann eine Verbindung zwischen den m-LEDs 1 und dem Zielsubstrat 7 mit der geforderten Haftkraft vorgesehen werden. Beispiels weise können Kleber, Intervias oder Lötmittel verwendet werden.
Schritte S3.1 und S3.2 werden mehrfach ausgeführt, bis bei spielsweise für alle Farben aus Rot, Grün und Blau das Zielsub- strat 7 eines Displays vollständig bestückt ist.
Figur 173E zeigt weitere Bearbeitungsschritte S4 am Zielsubstrat 7, unter anderem die Herstellung mechanischer und elektrischer Kontakte am Zielsubstrat 7 mittels herkömmlicher Prozesse, wie dies beispielsweise eine Abscheidung eines Intervia-Materials , ein Aushärten sowie nachträgliches Strukturieren und/oder Rück ätzens sein können.
Beispielsweise erfolgt die Herstellung eines jeweiligen elektrischen Top-Kontaktes bei vertikalen m-LEDs oder die Her stellung beider elektrischer Kontakte bei horizontalen m-LEDs . Zudem werden Auskopplungsstrukturen oder Auskopplungsschichten oder Oberflächenveredelungsschichten ausgebildet, die bei spielsweise zur Verbesserung des Schwarzeindrucks dienen. Es kann zudem eine Modularisierung ausgeführt werden. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Arrays A in Ausgestaltung als m- Displays einfach und kostengünstig hergestellt.
Figur 174 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbin- düng von m-LEDs 1 an Modulbereichen 11. Hierfür sind zusätzlich zu den zweiten Ankerelementen 13 und an diesen zweite Freigabe elemente 23 ausgebildet. Vor Ausführung eines zweiten Übertra gungsschrittes S3 sind die m-LEDs 1 in Kontakt mit zweiten Ankerelementen 13 und zweiten Freigabeelementen 23, die jeweils mit einem Modulbereich 11 verbunden sind. Die m-LEDs 1 sind mechanisch mit einer großen Haftkraft mittels den zweiten An kerelementen 13 und den zweiten Freigabeelementen 23 mit dem Modulbereich 11 verbunden. Figur 175 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 174, wobei die zweiten Freigabeelemente 23 entfernt worden sind, wodurch die Haftkraft der m-LEDs 1 an den Modulbereich 11 wirksam und gezielt verkleinert wird. Figur 176 zeigt eine zweite Startstruktur mit m-LEDs 1, die mittels zweiter Ankerelemente 13 und zweiter Freigabeelemente 23 mit Modulbereichen 11 verbunden sind, die mittels erster Ankerelemente 9 und erster Freigabeelemente 21 mit einem Wafer 3 verbunden sind. Die m-LEDs 1 sind in Kontakt mit zweiten Ankerelementen 13 und zweiten Freigabestrukturen 23, die wie derum mit dem Modulbereich 11 in Kontakt sind. Die Modulbereiche 11 sind in Kontakt mit ersten Ankerelementen 9 und ersten Frei gabeelementen 21. Im Unterschied zur ersten Startstruktur gemäß Figur 172 werden zusätzlich zu Ankerelementen 9, 13 Freigabe- elemente 21, 23 verwendet. Auf diese Weise können Haftkräfte gezielt derart verringert werden, dass zuerst Modulbereiche 11 und danach m-LEDs 1 abgenommen werden, indem zuerst erste Frei gabeelemente 21 und danach zweite Freigabeelemente 23 entfernt werden . Die ersten Ankerelemente 9 für die Modulbereiche 11 können in Anzahl, Größe und Verteilung variieren. Beispielsweise kann da mit ein Freigabeprozess in Abhängigkeit von der Größe der Mo dulbereiche 11 derart optimiert werden, dass Haftkräfte gegen über Abhebekräfte in richtigem Verhältnis zueinander ausgewählt werden. Eine Mindestabhebekraft muss mindestens aufgebracht werden, um ein Abheben zu ermöglichen. Diese Mindestabhebekraft kann mittels Ankerelementen und Freigabeelementen definiert eingestellt werden.
Figuren 177A bis 177E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der zweiten Startstruktur gemäß Figur 176. Bei diesem Verfahren werden zu sätzlich zu ersten Ankerelementen 9 und zweiten Ankerelementen 13 erste Freigabeelemente 21 und zweite Freigabeelemente 23 verwendet. Figur 177B zeigt, dass zuerst die ersten Freigabe elemente 21 entfernt werden. In Figur 177C ist dargestellt, dass dadurch in einem ersten Übertragungsschritt S2 Modulbereiche 11 vom Wafer 3 gelöst werden und auf dem Zwischenträger 5 gebracht wurden. Danach werden, wie in Figur 177D zu erkennen die zweiten Freigabeelemente 23 entfernt. In einem zweiten Übertragungs schritt S3 werden die m-LEDs 1 von Modulbereichen 11 gelöst und auf das Zielsubstrat 7 aufgebracht. Dieser Schritt ist in Figur 177E zu erkennen.
Figur 178A und 178B verdeutlichen des Aspekt zur Selektivität von Freigabeelementen. In Figur 178A werden die ersten Frei gabeelemente 21 entfernt. In Figur 178B ist dargestellt, wie zwei zweiter Freigabeelemente 23 entfernt werden, nachdem das erste Freigabeelement 21 entfernt und die m-LEDs 1 aufweisenden Modulbereiche 11 auf einen Zwischenträger 5 übertragen und Schutzschichten 25 entfernt wurden. Die Selektivität zwischen ersten Freigabeelementen 21 und zwei ten Freigabeelementen 23 zum aufeinanderfolgenden Entfernen kann auf verschiedene Arten erfolgen: a) Es können unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, die aufeinander abgestimmt wer den. Beispielsweise ist Si02 mit HF ätzbar. Ebenso ist Si mit SF6 ätzbar. Weitere mögliche Materialien sind beispielsweise Si02, Si, A1203, SiN, SiON, A1N, HfOx, metallische Schichten sowie organische Materialien, die als Kleber verwendet werden können .
b) Unterschiedliche Raten der Materialentfernung können genutzt werden. Beispielsweise indem bei dem ersten Freigabeelement 21 relativ große Bereiche dem Entfernungs-Prozess ausgesetzt sind. Bei zweiten Freigabeelementen 23 sind dazu relativ kleine Be reiche dem Entfernungs-Prozess ausgesetzt. Beispielsweise sind lediglich kleine Öffnungen derart ausgebildet, dass Flüssigkei ten und/oder Gase lediglich langsam eindringen können. c)Die zweiten Freigabeelemente 23 können durch Schutzschichten 25 vor dem Entfernungs-Prozess geschützt werden. Nach einem Entfernen der ersten Freigabeelemente 21 können die Schutz schichten 25 entfernt werden, und zwar beispielsweise mittels trockenchemischen, nasschemischen oder gasförmigen Ätzens, wo- bei danach die zweiten Freigabeelemente 23 entfernt werden kön nen . d)Die Freigabeelemente 21, 23 können auf verschiedene Arten entfernt werden. Beispielsweise mittels chemischer Prozesse wie Nasschemie oder mittels Gasphasen, mittels thermischer Pro zesse, mittels mechanischer Prozesse, mittels optischer Pro zesse beispielsweise unter Verwendung von UV-Licht.
Figur 179A bis 179F zeigen Ausführungsbeispiele der Anordnung von zweiten Ankerelementen 13 und zweiten Freigabeelementen 23 zwischen m-LEDs 1 und Modulbereichen 11, die hier alternativ als vollständiges Trägersubstrat 3 ausgeführt sind. Die zweiten Ankerelemente 13 für die m-LEDs 1 können in Anzahl, Größe und Verteilung variieren. Beispielsweise kann damit ein Freigabe prozess in Abhängigkeit von der Größe der m-LEDs 1 derart op timiert werden, dass Haftkräfte gegenüber Abhebekräfte in rich tigem Verhältnis zueinander ausgewählt werden. Die zweiten Frei gabeelemente 23 liegen an den zweiten Ankerelementen 13 ent sprechend an. Ankerelement 13 und Freigabeelement 23 sind zudem an einem Modulbereich 11 angeordnet, der ein Trägersubstrat 3 ist. Die Hauptoberfläche des Modulbereichs 11 ist größer oder gleich der Hauptoberfläche des Freigabeelements 23.
In Figur 179A ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein zweites Ankerelement 13 zur m-LED 1 eine kleinere Haupt oberfläche ausbildet und in einem Randbereich an einer Ecke des m-LEDs 1 teilweise an die m-LED 1 angeordnet ist. Ein zweites Freigabeelement 23 weist eine im Vergleich zur m-LED 1 größere Hauptoberfläche auf und ist an die m-LED 1 derart angeordnet, dass das zweite Freigabeelement 23 das zweite Ankerelement 13 zumindest teilweise einrahmt.
Figur 179B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei zweite Ankerelemente 13 im Vergleich zur m-LED 1 jeweils eine kleinere Hauptoberfläche ausbilden und im Randbereich an gegen überliegenden Ecken der m-LEDs 1 angeordnet sind. Ein zweites Freigabeelement 23 weist eine im Vergleich zu der m-LED größere Hauptoberfläche auf und ist an der m-LED 1 derart angeordnet, dass das zweite Freigabeelement 23 die zweiten Ankerelemente 13 zumindest teilweise einrahmt. Figur 179C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Ankerelement 13 im Vergleich zur m-LED 1 eine kleinere Hauptoberfläche ausbildet und in einem Kernbereich des m-LEDs 1 vollständig an der m-LED 1 angeordnet ist. Ein zweites Freigabeelement 23 weist rahmt das zweite Ankerelement 13 vollständig ein. Figur 179D stellt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem eine Mehrzahl von m-LEDs 1 in einer Reihe zueinan der angeordnet sind. Zwei zweite Ankerelemente 13 bilden im Vergleich zu einer m-LED 1 jeweils eine kleinere Hauptoberfläche aus und sind jeweils im Randbereich an gegenüberliegenden Ecken einer m-LEDs 1 teilweise angeordnet. Jedes Ankerelement 13 ist an zwei nebeneinander angeordneten m-LEDs 1 angeordnet und weist einen von m-LEDs 1 unbedeckten Oberflächenbereich auf. Ein zwei tes Freigabeelement 23 weist zu allen m-LEDs 1 eine größere Hauptoberfläche auf und ist an den m-LEDs 1 derart angeordnet, dass das zweite Freigabeelement 23 die zweiten Ankerelemente 13 vollständig einrahmt.
Figur 179E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwölf zweite Ankerelemente 13 zusammen eine kleinere Hauptoberfläche als die m-LED 1 ausbilden und im Innenbereich der m-LEDs 1 in Form einer Matrix angeordnet sind. Ein zweites Freigabeelement 23 weist eine größere Hauptoberfläche als die m-LED 1 auf und rahmt die zweiten Ankerelemente 13 vollständig ein. Ankerele- mente 13 und Freigabeelement 23 sind zudem an einem Modulbereich 11 angeordnet, der alternativ ein Wafer 3 sein kann. Die Haupt oberfläche des Modulbereichs 11 ist größer oder gleich der Hauptoberfläche des Freigabeelements 23. Figur 179F zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Ankerelement 13 im Vergleich zu der m-LED 1 eine größere Hauptoberfläche und in seinem Kernbereich eine Erhebung ausbil det, die vollständig an der m-LED 1 angeordnet ist. Ein zweites Freigabeelement 23 weist eine größere Hauptoberfläche als die m-LED 1 auf und ist an der m-LED 1 derart angeordnet, dass das zweite Freigabeelement 23 die Erhebung des zweite Ankerelement 13 vollständig einrahmt und an dem zweiten Ankerelement 13 an geordnet ist. Die Hauptoberfläche des Modulbereichs 11 ist grö ßer oder gleich der Hauptoberfläche des zweiten Ankerelements 13. Die Hauptoberfläche des Freigabeelements 23 entspricht der Hauptoberfläche des zweiten Ankerelements 13.
Nach der Erzeugung von Licht muss diese möglichst kollimiert und gerichtet ausgekoppelt werden. Daher betreffen die folgen den Erläuterungen verschiedene Aspekte zur Lichtauskopplung .
Die Figuren 5A und 5B offenbaren einige Prinzipien in Bezug auf die Kollimation und Lenkung von individuellen Pixeln emittier- tem Licht. Figur 5A zeigt einen Träger 50, der auch als Spiegel agiert, indem er alles von der auf dem Träger angeordneten LED 51 emittierte Licht reflektiert. Zwei benachbarte LEDs weisen eine Distanz von etwa 6pm zueinander sowie eine Höhe von etwa 3pm auf. Ihr Durchmesser ist im Bereich von 6pm. Jeder indivi- duelle Pixel strahlt Licht ähnlich einem Lambert Strahler ab. Infolgedessen sind sie komplett mit einem transparenten Mate rial, das einen Brechungsindex vom etwa n=1.5 hat, bedeckt. Eine Halbkugel 53 desselben Materials, die einen Radius von näherungsweise 10pm hat, ist auf jedem Mikropixel angeordnet. Jede Halbkugel 53 bedeckt die Fläche des darunterliegenden Pixel 51 und reicht bis zu etwa der Hälfte der Distanz bis zum nächsten Pixel. Wegen des Brechungsindexes und der Geometrie sind die Halbkugeln konfiguriert, das von den individuellen Pixeln emit tierte Licht zu kollimieren.
Figur 5B zeigt ein alternatives Konzept zur Kollimation des von den Pixeln emittierten Lichtes. Ähnlich zu dem oben genannten sind die Mikropixel im gleichen Abstand zu einander angeordnet. Zwischen jedem Pixel ist eine Pyramide 52 auf dem Träger 50 platziert. Die Pyramiden 52 sind aus hochbrechendem Material geformt und weisen Distanz D zwischen ihren Spitzen auf. Die Höhe der Spitze jeder Pyramide ist so gewählt, das Licht, das unter einem Winkel kleiner als 45° gegenüber der lichtemittie renden Oberfläche emittiert wird, auf den Seitenwänden der Py- ramide wie angezeigt reflektiert wird. Durch Benutzung der in Figur 5B gezeigten Elemente kann von den Mikropixeln 51 emit tiertes Licht in gewissen Maßen parallelisiert werden, was seine Kollimation verbessert. Mit abnehmender Größe jedoch wird das Formen der Elemente 52 und 53 und sie direkt über den Mikropi- xeln anzuordnen zunehmend schwierig.
Figur 214 illustriert ein Beispiel eines Pixels, für das in einem Aspekt beispielsweise eine rückseitige Auskopplung vor gesehen ist, indem das Pixel als Halbkugel geformt und von reflektierendem Material umgeben ist, um das emittierte Licht zu formen. Der Pixel ist als ein Halb-Dom innerhalb eines n- dotierten ersten Halbleitermaterials 800 geformt. Ein erster Kontakt 801 auf einer ersten Seite von Material 800 dient als der n-Kontakt für das entsprechende Pixel. Ein zweiter Kontakt 802 ist nutzbar für eine Vielzahl von Pixeln.
So ist es möglich, die Vielzahl von Pixeln nebeneinander anzu ordnen, um eine m-Display zu bilden. Innerhalb des Halb-Dombe- reichs des Pixels ist eine aktive Schicht 803 angeordnet. Die aktive Schicht befindet sich in dem oberen Drittel des Halb- Doms, der das Pixel bildet, und ist durch eine p-dotierte Schicht 804 gebildet, die auf dem n-dotierten Material in dem Halb-Dom aufgebracht ist. Andere aktive Schichten, wie Quanten- wells oder auch in dieser Offenbarung genannte Strukturen sind möglich. Um einen möglichst kleinen Bereich zu bilden, in der Rekombination stattfindet, kann ein Verfahren zur Stromein schnürung verwendet werden. Dadurch werden Ladungsträger vom Rand ferngehalten und der Rekombinationsbereich wird kleiner. Auf den Seitenwänden und sich auch auf die obere Oberfläche des Materials 800 erstreckend ist eine reflektierende Schicht 805 aufgebracht. Auf der reflektierenden Schicht 805 ist der p- Kontakt 801 aufgebracht. Die reflektierende Schicht 805 umfasst auch eine isolierende Schicht (nicht gezeigt), um einen Kurz- Schluss zwischen dem p-Kontakt und dem Material 800 zu verhin dern. P-Kontaktmaterial 801 ist durch eine Lücke in der reflek tierenden Schicht auf dem der Pixel formenden Halb-Dom im di rekten Kontakt mit der p-dotierten Schicht 804. Als Ergebnis bewirkt die isolierende Schicht auf der reflektierenden Schicht und die Lücke in der reflektierenden Schicht eine Trägerinjek tion nur auf der Spitze des Halb-Domes . Eine Stromverbreite rungsschicht kann innerhalb der p-dotierten Schicht 804 auch angewandt werden.
Rekombination von Ladungsträgern tritt in dem aktiven Bereich 803 auf. Licht, das von dem aktiven Bereich in Richtung Seite emittiert wird, wird an der reflektierenden Schicht in Richtung der Ausgangsfläche TA reflektiert. Die Form des Halb-Doms ist in einigen Beispielen parabolisch. Die Form sollte so gewählt sein, dass sie Kollinearität für innerhalb des aktiven Bereiches erzeugten Lichtes unterstützt. In einigen Anwendungen sind dann auf der Austrittsfläche weitere Elemente zur Lichtführung, bei spielsweise photonische Kristallstrukturen oder ähnliches an- geordnet.
Die folgenden Aspekte beschäftigen sich im Gegensatz zu einer direkten Verbesserung der Direktionalität des abgestrahlten Lichts mit einem anderen Gesichtspunkt. Die folgenden Beispiele sind für die Erzeugung eines lambertschen Strahlers gedacht. Jedoch ist es für den Fachmann ersichtlich, dass andere Formen an Reflektorelementen die Strahlformung beeinflussen. Spezielle Ausgestaltungen erzeugen damit eine m-LED mit rückseitiger Aus kopplung aufweist, die gleichzeitig aber gerichtet sein kann.
In Figur 215 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Pixelelementes 10 mit einem Reflektorelement 18 gezeigt. Zunächst ist auch hier ein Trägersubstrat 12 vorgesehen, dass häufig eine Vielzahl von m-LEDs 16 aufweist, die nebeneinander an einer Bestückungsseite 20 des Trägersubstrats 12 angeordnet sind. Auf dem Trägersubstrat 12 ist üblicherweise eine Ansteu erelektronik 24 vorgesehen, die der Steuerung der einzelnen m- LEDs 16 dient. Hierzu können elektrisch leitende Verbindungen (nicht gezeigt) zwischen der Ansteuerelektronik 24 und den ein- zelnen m-LEDs 16 vorgesehen sein. In anderen Fällen wie weiter unten noch gezeigt, kann das Trägersubstrat aber auch transpa rent sein oder weitere Strukturen zur erneuten Lichtformung aufweisen . Das Reflektorelement 18 ist hier kuppelartig ausgeführt und umgibt die m-LED 16 zumindest auf der Seite, an der die m-LED 16 Licht 14 emittiert. Sendet die m-LED 16 beispielsweise Licht 14 in eine Richtung weg vom Trägersubstrat 12 aus, trifft dieses auf eine zu der m-LED 16 gerichtete Oberfläche des Reflektorel- ementes 18, wird dort reflektiert und in Richtung der Bestü ckungsseite 20 des Trägersubstrats 12 zurückgesendet. Das Licht breitet sich gegebenenfalls unter Brechung an der Grenzfläche der Bestückungsseite 20 über einen Querschnitt des Trägersub strats 12 in Richtung einer Displayseite 22 des Trägersubstrats 12 aus und wird dort, gegebenenfalls unter wiederholter Brechung oder Beugung, ausgekoppelt.
Das Reflektorelement 18 sollte vorteilhaft Formen und Eigen schaften aufweisen, dass Licht 14 in einem möglichst senkrechten Einfallswinkel 26 relativ zu einer Trägersubstratebene 28 auf die Bestückungsseite 20 des Trägersubstrats 12 auftritt . Dies soll unter anderem dazu dienen, dass Verluste durch Totalrefle xion innerhalb des Trägersubstrats 12 sowie ungünstige Winkel beim Auskoppeln aus der Displayseite 22 des Trägersubstrats 12 minimiert werden. Dieser Einfallswinkel 26 sollte möglichst ge ring sein, auch um ein Übersprechen bzw. Crosstalk zwischen benachbarten Pixelelementen 10 zu minimieren.
In Figur 216 ist ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Pixelelementes 10 mit einem als Schicht auf oder um eine m-LED 16 ausgeführten Reflektorelement 18 gezeigt. Diese Ausführungs variante kann zweckmäßig sein, dass das Reflektorelement 18, beispielsweise als metallische Schicht, direkt auf eine Ober fläche der m-LED 16 prozessiert werden kann. Für das Reflekto- relement 18 können verschiedene Materialien infrage kommen, beispielsweise metallische Materialien, Metalllegierungen oder -oxide oder andere geeignete Verbindungen, die mit den zur Ver fügung stehenden Herstellungsverfahren aufbringbar sind. Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt übrigens auch Figur 214. Bei dieser ist die m-LED direkt aus dem gleichen Material wie das Trä gersubstrat gebildet. Zusätzlich zeigt das Reflektorelement eine bestimmte Form und Ausgestaltung. Jedoch können die ver schiedenen Aspekte der Figur 214 unter anderem auch mit in den Figuren 215 bis 216 gezeigten und hier offenbarten Ausführungen kombiniert werden.
Zusätzlich ist an den Mesakanten 30 eine Passivierungsschicht 32 zwischen der m-LED 16 und der Schicht des Reflektorelementes 18 vorgesehen. Diese Passivierungsschicht 32 hat lichtabsorbie- rende oder zumindest lichtblockierende Eigenschaften, sodass von der m-LED in Richtung der Trägersubstratebene 28 bzw. in Richtung der Mesakanten 30 ausgesendetes Licht 14 abgeschwächt oder absorbiert wird. Dies soll verhindern, dass Licht 14 in Richtung eines benachbarten Pixelelementes 10 Übertritt und Crosstalk verursacht. Zusätzlich können die Passivierungs schichten 32 ausgeführt sein, eine Strahlformung des ausgesen deten Lichts 14 zu bewirken.
In Figur 217 ist ein erfindungsgemäßes Pixelelement mit licht- absorbierenden Beschichtungen 34 auf einer Displayseite 20 und einer Bestückungsseite 22 des Trägersubstrats 12 gezeigt. Die ses Ausführungsbeispiel weist ein kugelförmiges Reflektorele ment 18 auf, dass eine m-LED 16 umgibt, der auf der Bestückungs seite 20 des Trägersubstrats 12 angeordnet ist. Das Trägersub- strat 12 ist gemäß diesem Aspekt transparent oder zumindest teiltransparent ausgeführt, sodass sich Licht 14 innerhalb des Trägersubstrats 12 ausbreiten kann.
Um einen Dunkeleindruck und einen Kontrast eines Displays zu verbessern, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel lichtabsor bierende Schichten 34 vorgesehen, die hier außerhalb des Re flektorelementes 18 am Trägersubstrat 12 auf der Bestückungs seite 20 und/oder auf der Displayseite 22 aufgebracht sind. Zum einen kann dies das Auskoppeln von Licht 14 außerhalb eines gewünschten aktiven Bereiches des Pixelelementes verhindern. Andererseits kann ein vorteilhafter Effekt darin bestehen, dass Licht 14, was sich innerhalb des Trägersubstrats 12 ausbreitet, nicht außerhalb des gewünschten Bereiches auf der Displayseite 22 ausgekoppelt wird, sondern absorbiert oder gedämpft wird. Für einen Betrachter können diese lichtabsorbierenden Schichten 34 als klar inaktiv oder schwarz bzw. dunkel erkannt werden und durch die bessere optische Abgrenzung im Vergleich zu den ak tiven leuchtenden Bereichen verbesserte Kontrasteigenschaften eines Displays erreichen.
Figur 218 veranschaulicht in vereinfachter Weise eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Pixelelementes 10. In seinem grundsätzlichen Aufbau entspricht das Pixelelement 10 den bereits in Figur 215 bis Figur 217 dargestellten Beispielen. Hierbei ist auf einem Trägersubstrat 12 eine m-LED 16 vorgese hen, der von einem Reflektorelement 18 umgeben ist. Durch die Reflexion des Lichts 14 am Reflektorelement 18 breitet sich Licht 14 durch das Trägersubstrat 12 aus und gelangt zu einer Displayseite 22 des Trägersubstrats 12.
Hier ist es wünschenswert, dass ein möglichst großer Anteil des durch das Trägersubstrat 12 gelangte Licht 14 aus dem Trägersub strat 12 über die Displayseite 22 ausgekoppelt wird. Hier kann eine aufgeraute Oberfläche 36 eine verbesserte Auskopplung des Lichts 14 bewirken. Allgemeiner gesagt, weist die Oberfläche der Displayseite 22 eine Strukturierung auf, die zusätzliche zueinander winkelige Mikrostrukturen aufweist, die von der Aus richtung parallel zu einer Trägersubstratebene 28 in ihrem Win kel abweichen und so eine zusätzliche Auskopplung bewirken kön- nen .
In Figur 219A ist ein erfindungsgemäßes Pixelelement 10 mit einem Farbfilterelement 38 an der Displayseite des Trägersub strats 12 sowie lichtabsorbierenden Beschichtungen 34 gezeigt. Während der grundsätzliche Aufbau des Pixelelementes 10 dem der vorherigen Figuren weitestgehend entspricht, sind hier eben falls lichtabsorbierende Schichten 34 vorgesehen, die sowohl auf einer Bestückungsseite 20, als auch auf einer Displayseite 22 des Trägersubstrates 12 außerhalb eines Bereiches des Re- flektorelementes 18 vorgesehen sind. Zusätzlich ist hier ein Farbfilterelement 38 vorgesehen, dass an der Displayseite 22 des Trägersubstrats 12 gegenüber dem Reflektorelement 18 ange ordnet ist. So kann beispielsweise für eine rote m-LED ein entsprechend rotes Farbfilterelement 38 vorgesehen sein. Analog gilt dies für grüne Farbfilterelemente 38 zusammen mit grünen m-LEDs sowie beispielsweise für blaue Farbfilterelemente 38 zu sammen mit blauen m-LEDs und den jeweils zugehörigen Emitter chips 16. Als Vorteil können hier eine geringere Reflexivität und ein verbesserter Schwarzeindruck gesehen werden. Auch hier wirken die lichtabsorbierenden Schichten 34 für unerwünschte Lichtanteile 14, die sich innerhalb des Trägersubstrats 12 aus breiten, absorbierend.
In einer alternativen Ausführung, wieder Bezugnehmend auf Figur 219A kann das Element 38 auch ein Farbkonverterelement sein, um
Licht einer ersten Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren. Das von der m-LED 16 abgestrahlte und vom Reflek torelement 18 reflektierte Licht trifft auf das Konverterele- ment und wird dort konvertiert. Durch einen Aufbau mit ver schiedenen Konverterfarbstoffen können auf diese Weise die Grundfarben erzeugt werden.
In Figur 219B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Pi xelelementes 10 gezeigt, wobei zwei benachbart angeordnete Pi xelelemente 10 auf dem Trägersubstrat angeordnet sind. Zwischen diese sind auf den unterschiedlichen Oberflächen des Trägersub strats je eine lichtabsorbierende Schichten 34 vorgesehen. Dies kann insbesondere zum Minimieren von Crosstalk vorgesehen sein. Je nach Anordnung und Aufbau der m-LED 16 ergibt sich zwischen der m-LED 16 und dem umgebenden Reflektorelement 18 ein Zwi schenraum, der als Apertur bzw. Aperturkante wirken kann. Dies kann bedeuten, dass Licht 14 unter einem kleinen Winkel relativ zur Trägersubstartebene 28 durch diese Apertur austritt und schräg durch das Trägersubstrat 12 in Richtung des benachbarten Pixelelementes 10 gelangen kann.
Um dieses Übersprechen oder Crosstalk zu verhindern, sind zwi schen den beiden Pixelelementen 10 bzw. zwischen den beiden benachbarten Reflektorelementen 18 lichtabsorbierende Schichten 34 vorgesehen. Diese können an einer Bestückungsseite 20 des Trägersubstrats 12, aber auch an einer Displayseite 22 des Trä gersubstrats 12 angeordnet sein. Diese lichtabsorbierenden Schichten 34 dämpfen oder eliminieren die dann unerwünschten Lichtanteile 14 und können auf diese Weise einen Kontrast eines Displays verbessern.
In Figur 220A wird Bezug auf den Aspekt der Ansteuerelektronik 24 eines erfindungsgemäßen Pixelelementes 10 genommen. Diese können als Teil des Trägersubstrats 12 ausgeführt sein, wobei beispielsweise Transistorstrukturen als Teil des Substrats 12 vorgesehen sind. Für das Material des Trägersubstrats 12 kommen verschiedene Materialien infrage, wie beispielsweise amorphes Silizium, aber auch IGZO oder LTPS. IGZO steht für Indium Gal lium Zink Oxide und hat für Licht teiltransparente Eigenschaften und ist in der Herstellung vergleichsweise kostengünstig.
Wird eine Ansteuerelektronik 24 auf Basis von IGZO ausgeführt, ist es auch gemäß einem Beispiel denkbar, dass die Ansteuer elektronik 24 innerhalb eines Innenbereiches eines Reflektorel ementes 18 angeordnet werden kann (hier nicht gezeigt). Diese Möglichkeit basiert insbesondere auf der zumindest teilweisen Lichtdurchlässigkeit des IGZO-Materials . Gemäß einem weiteren Beispiel wird als Basis für die Ansteuerelektronik 24 und als Material für das Trägersubstrat 12 LTPS verwendet. LTPS steht für Low Temperature Poly Silicon und kann bessere elektrische Eigenschaften als IGZO bei allerdings eher lichtabsorbierenden Eigenschaften aufweisen.
LTPS kann sowohl für p-Transistoren als auch für n-Transistoren eingesetzt werden, wohingegen IGZO nur für p-Transistoren ge eignet ist. Eine Anordnung der Ansteuerelektronik 24, basierend auf LTPS, ist hier folglich außerhalb eines Reflektorelementes 18 vorzusehen. Eine weitere Alternative kann in der Verwendung von sogenannten pICs gesehen werden. Diese werden häufig zusam men mit siliziumbasierten Substraten verwendet und haben in der Regel lichtabsorbierende Eigenschaften.
Hierbei kann eine Herausforderung in einer Miniaturisierung dieser ICs liegen, wobei eine elektrische Performance der pICs gegenüber anderen Varianten häufig höher ist. Eine Anordnung würde auch hier, gemäß einem Beispiel, außerhalb eines Bereiches eines Reflektorelementes 18 an der Bestückungsseite 20 des Trä gersubstrats 12 erfolgen. Eine Kontaktierung des Emitterchips 16 kann beispielsweise über ein metallisches Kontaktpad am Trä gersubstrat 12 oder auch transparentes ITO (Indiumzinnoxid) er reicht werden. Figur 220B zeigt ein erfindungsgemäßes Pixelelement 10 mit einer Teilbeschichtung einer Diffusorschicht 40 am Reflektorelement 18. Die Besonderheit des in diesem Ausführungsbeispiel darge stellten Pixelelementes 10 kann in einer speziellen Ausführung des Reflektorelementes 18 gesehen werden. Hierbei ist an den seitlichen Innenflächen des Reflektorelementes 18 (hier spezi ell der Bereich 18B) eine Diffusorschicht 40 vorgesehen. Diese Diffusorschicht 40 soll eine verstärkte Ablenkung des ausgesen deten Lichts 14 und eine vorteilhaftere Ablenkung des Lichts 14 in Richtung des Trägersubstrats 12 bewirken. Hierbei kann es vorteilhaft sein, einen vertikal direkt über dem Emitterchip liegenden Bereich 18A des Reflektors mit einer dünneren oder ganz fehlenden Diffusorschicht 40 zu versehen. Insbesondere kann diese Diffusorschicht 40 in diesem Bereich 18A plan oder eben ausgeführt sein, um eine möglichst direkte Rückreflexion von quer zur Trägersubstratebene 28 ausgesendeten Lichts in etwa senkrecht in Richtung der Bestückungsseite 20 des Trägersubstrats 12 zu fokussieren. Hierbei kann bereits eine relativ dünne Diffusorschicht 40 ausreichend sein, da m-LEDs durch ihre Eigenschaften und ihren Aufbau im Vergleich zu bis herigen LED-Technologien näher an eine lambertschen Ab strahlcharakteristik herankommen. Materialien, die hierfür ver wendet werden können, sind beispielsweise A1203 oder Ti02.
Figur 221 zeigt eine weitere Pixelzelle im Querschnitt und in Draufsicht. Die Pixelzelle umfasst drei einzelne m-LEDs 16r, 16g und 16b. Diese sind ausgeführt, im Betrieb die jeweiligen Grundfarben rot, grün und blau zu emittieren. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel sind die drei m-LEDs in den Ecken eines recht winkligen Dreiecks angeordnet. Es sind aber auch andere Anord nung, beispielsweise in einer Reihe möglich. Jede m-LED ist als vertikale m-LED ausgebildet, d.h. ein gemeinsamer Kontakt be findet sich auf der dem Trägersubstrat abgewandten Seite der m- LEDs. Die m-LEDs sind individuell ansteuerbar und können bei spielsweise in einigen Ausführungen wie in den Figuren 49 bis 54 gefertigt werden. Ebenso sind andere Ausgestaltungen z.B. als einzelne m-LED Module mit oder ohne Redundanz denkbar. In der rechten Darstellung ist dazu ein gemeinsamer transparenter Deckkontakt 17 vorgesehen, der die m-LEDs entweder vollständig oder doch zumindest teilweise überdeckt und so elektrisch kon taktiert. Die Seitenwände der m-LED sind isoliert und stehen nicht mit der Deckelektrode 17 in Verbindung. Zusätzlich ist ein Reflektorelement 18 vorgesehen, dass jede der drei m-LEDs umgibt und so ein gesamtes Pixel bildet.
Licht, welches somit in Richtung des Reflektorelement abge strahlt wird, wird durch das Trägersubstrat reflektiert und trifft dort auf eine photonische Struktur 19., die zum Teil in dem Trägersubstrat eingebracht ist. Die photonische Struktur 19 ist so ausgeführt, dass sie das abgestrahlte Licht erneut rich tet und als kollimiertes Lichtbündel abstrahlt. Verschiedene Ausführungen derartiger photonischer Strukturen sind in dieser Anmeldung offenbart, beispielsweise in den Figuren 225 bis 228, 239 bis 247 oder auch 223A bis 223C.
Die photonische Struktur kann je nach Anwendungsfall auch weg gelassen werden. Bei Automotiveanwendungen kann eher eine Lam- pertsche Abstrahlcharakteristik gewünscht sein, dann wird diese weggelassen. Im Bereich Augmented Reality ist eventuell eher eine starke Direktionalität gewünscht, welche durch die zusätz liche photonische Struktur erreicht wird. Neben der photonischen Struktur kann auch noch zusätzlich mit der Struktur oder auch alternativ ein Konvertermaterial vorgesehen sein. Im Bereich Automotive sind so gerichtete Lichtanwendungen mit weißem oder andersfarbigem Licht möglich.
Abschließend ist in Figur 222 ein Verfahren 100 zur Herstellung eines Pixelelementes 10 gezeigt. Hierbei erfolgt zunächst ein Befestigen 110 einer oder mehrerer m-LEDs an einer Bestückungs seite eines flächigen Trägersubstrates. Der Befestigung geht ein entsprechender Transfer voraus . Ausführungen hierzu sind in dieser Anmeldung offenbart.
Danach folgt im Schritt 120 ein Erzeugen eines Reflektorele ments, beispielsweise als reflektierende Schicht der m-LED. Ge mäß einem Beispiel erfolgt vor dem Schritt 110 ein Bearbeiten einer Displayseite 22 des Trägersubstrates 12 zum Erzeugen einer Aufrauhung 36 bzw. rauen Mikrostrukturierung der Oberfläche der Displayseite 22.
Eine Möglichkeit, den Emissionswinkel der m-LEDs zu reduzieren, besteht darin, auf der Emissionsfläche Strukturen anzugeben, welche eine Ausbreitung des Lichtes parallel zur Emissionsflä che reduzieren. Dies kann durch photonische Strukturen erreicht werden, dabei ist die photonische Kristallstruktur grundsätz lich nicht auf ein bestimmtes Materialsystem beschränkt. Die folgenden Beispiele und Ausführungen werden verschiedene nen- nen, die sich nicht nur auf die konkrete Ausführung beschränken, sondern für alle Ausführungen geeignet sind. Zudem können ver schiedene Halbleitermaterialsysteme für die m-LEDs, insbeson dere auf GaN-, AlInGaP-, A1N oder InGaAs Basis verwendet werden. Die Figuren 223A bis 223C illustrieren verschiedene Aspekte, die mit dem Prinzip von Kollimation von Licht durch Gebrauch eines photonischen Kristalls Zusammenhängen.
Die exemplarische optoelektronische Vorrichtung 700 von Figur 223A umfasst einen Stapel von Schichten 702, 703 eingeschlossen eine aktive Zone 704 zur Erzeugung elektromagnetischer Strah lung, und zumindest eine Schicht 705 auf der Hauptabstrahlrich- tung, die eine photonische Kristallstruktur 706 aufweist.
Die Schicht 702 ist zum Beispiel eine p-dotiert GaN-Schicht und die Schicht 703 eine n-dotierte GaN-Schicht. Die Schicht an der Unterseite 701 kann eine metallische Spiegel- und/oder eine Trägerschicht sein. Die Wachstumsrichtung G geht von der Ober seite zur Unterseite, oder umgekehrt, und orthogonal zu der Verbindungsfläche der Schichten. Die photonische Kristallstruktur 706 wird durch Nanodrähte mit Radius r und Höhe h geformt. Die Drähte bilden ein dreieckiges Gitter mit Gitterkostante a. Andere Gittergeometrien so wie zum Beispiel quadratisches Gitter sind jedoch möglich. Die Perio dizität und so die Gitterkonstante a der photonischen Kristall- Struktur sind so, dass sie um die halbe Wellenlänge der Licht wellenlänge sind, die gebeugt werden soll. Der Raum zwischen den Drähten kann ein Material aufweisen, welches einen anderen Brechungsindex als das Material der Schicht 705 hat. Die Schicht 705 kann zum Beispiel aus n-dotiertem GaN geformt sein. Andere Materialien sowie Si02 sind auch möglich.
Die Schicht 702 kann mit einer Verlängerung 702a geliefert wer den, die sich durch die Schicht 703 erstreckt und in die Lage 705 aber nicht wie in der unteren Ansicht von Figur 223A gezeigt in die photonische Kristallstruktur 706 hineinreicht.
Die photonische Kristallstruktur 706 kann den Effekt haben, dass sie die Bündelung des Lichts verbessert, das durch sie hin durchgeht. Insbesondere kann die photonische Kristallstruktur 706 eine virtuelle Bandlücke für eine Region von Wellenlängen zur Verfügung stellen, die senkrecht zur Wachstumsrichtung lau fen. Die photonische Kristallstruktur 706 kann dieses Licht blockieren. Dagegen wird Licht, das entlang der Wachstumsrich tung läuft, grundsätzlich nicht durch die photonische Kristall- Struktur 706 gestört. Wie in der oberen Ansicht von Figur 223A gezeigt kann die photonische Kristallstruktur 706 in der Schicht
705 zweimal oder sogar mehrmals erzeugt werden. Die Strukturen
706 sind voneinander durch die Distanz D getrennt. Alternativ kann eine einzelne photonische Kristallstruktur 706 fabriziert werden, die die komplette Schicht 705 bedeckt. Dabei können mehr Einheitszellen des Gitters in der Schicht 705 an geordnet werden, was einen positiven Effekt auf die Eigenschaf- ten der photonischen Kristallstruktur hat, die von der Perio dizität abhängen.
In der in Figur 223B gezeigten exemplarischen Vorrichtung ist die Schicht 702 nicht mit einer Verlängerung geliefert. Jedoch wird die Schicht 703, die benachbart zu der Schicht 705 mit der Kristallstruktur 706 ist, mit einer aufgerauten Oberfläche ge liefert, was durch die Projektionen 703a, 703b, 703c und 703d angezeigt ist. Die aufgeraute Oberfläche kann zum Beispiel mit SiÜ gefüllt sein, um die Schicht 705 mit der photonischen Kris- tallstruktur 706 zu fabrizieren.
In der in Figur 223C gezeigten exemplarischen Vorrichtung ist die Schicht 703 mit einer Wigwam Oberflächenaufrauhung 703e ausgebildet. Die Schicht 705 mit der photonischen Kristall- Struktur 706 kann SiÜ enthalten. Die photonische Kristallstruk tur 706 kann in die Si02-Schicht geätzt sein. Luft oder anderes Material kann in dem Zwischenraum zwischen der photonischen Kristallstruktur sein. Die photonische Kristallstruktur 706 bedeckt die komplette Lage 703 und ist in einer Distanz H von der Wigwam Oberflächenauf rauhung 703e der darunterliegenden Schicht 703 platziert.
Die Schicht 701 ist eine Trägerschicht, die Schicht 711 kann eine Verbindungsschicht sein, die Schicht 712 ist eine Spiegel schicht, insbesondere eine Silberspiegelschicht und die Schicht 713 kann eine dielektrische Schicht sein. Eine Mesa Trockenät zung kann während der Fabrikation der Vorrichtung und nach der Strukturierung der photonischen Kristallstruktur 706 ausgeführt werden. Die verschiedenen photonischen Auskoppelstrukturen erzeugen je nach Ausgestaltung auf der Oberfläche eine gewisse Rauigkeit und Oberflächenstrukturen. Daher sollte die Oberfläche planari- siert werden, um einen eventuell notwendigen späteren Transfer zu erleichtern. Figur 223D bis 223F zeigen verschiedene Aspekte einer Oberflächenplanarisierung m-LED nach einem der hier of fenbarten Verfahren zur Herstellung photonischer Strukturen auf einer m-LED. Generell werden zuerst eine Vielzahl von m-LEDs in oder auf einem Wafer ausgebildet, anschließend deren Oberfläche struk turiert und dann, wenn erforderlich vereinzelt. Module von m- LEDs und andere Ausgestaltungen sind Teil dieser Anmeldung. Daraus wird ersichtlich, dass die m-LEDs in unterschiedlichen Ausführungen kommt. Die folgende Oberflächenbearbeitung ist so mit unabhängig von der späteren Prozessierung und sowohl für (später vereinzelte) m-LEDs m-LED-Module und auch pixelierte Optochips mit einer Vielzahl von m-LEDs geeignet. Nach Figur 223D ist eine m-LED epitaktisch mit einer aktiven Schicht in einem Halbleiterkörper ausgebildet. Die aktive Schicht ist hier nicht dargestellt. Die m-LED umfasst in ihrem vom ebenfalls nicht dargestellten Träger einen Oberflächenbe reich eine nicht geordnete, d.h. zufällige Auskopplungsstruktur A, die aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Halbleiter (oder Teile davon) gebildet ist. Der strukturierte Oberflächen bereich schließt sich daher an die dotierten Schichten an. Die daraus resultierende Rauigkeit ist wieder geglättet, in dem ein weiteres transparentes Material aus Si02 mittels TEOS (Tetra- ethylorthosilicat ) aufgebracht und anschließend planarisiert wurde. Die Auskoppelstruktur verbessert die Auskoppelung. Sie ist insbesondere für die Auskopplung des von der aktiven Schicht abgegebenen Lichts geeignet. Dadurch kann auch ein optisches Übersprechen einer benachbarten m-LED mit anderer Wellenlänge reduziert werden. Das weitere transparente Material zeigt einen niedrigen Bre chungsindex, insbesondere kleiner 1,5. Dadurch wird die Aus kopplung aus dem strukturierten Bereich (höherer Brechungsin dex) Danach wird das weitere Material mittel CMP Verfahren wie- der abgetragen, um die glatte die Oberfläche 7 des strukturier ten Oberflächenbereichs 9 zu bilden. Wie dargestellt erfolgt die Abtragung entweder bis zu den höchsten Bereichen des struk turierten Bereichs oder es verbleibt generell eine Oberfläche aus dem Material 5. Insofern ergibt sich dadurch ein gradueller Übergang von einem hohen Brechungsindex über den niedrigeren des Materials 5 bis hin zur Luft.
Neben dem Material 5 aus Si02 kann auch Kronglas mit einem Brechungsindex von beispielsweise 1,46, PMMA mit einem Bre- chungsindex von beispielsweise 1,49 und Quarzglas mit einem Brechungsindex von beispielsweise 1,46. Diese Brechungsindizes ergeben sich bei der Wellenlänge 589 nm der Natrium-D-Linie . Ein Brechungsindex von Siliziumdioxid ist beispielsweise 1,458. Figur 223E zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer m-LED mit einer Auskoppelstruktur. Bei dieser wird zur Verbesserung einer Lichtauskopplung ein transparentes zweites Material 3 mit einem großen Brechungsindex auf die planare oder strukturierte Oberfläche der m-LED aufgebracht und in geeigneter Weise struk- turiert.
Ein geeignetes zweites Material 3 mit hohem Brechungsindex grö ßer als 2 ist zum Beispiel M O mit einem Brechungsindex von 2.3. Weitere verwendbare Materialien mit großem Brechungsindex sind beispielsweise Zinksulfid mit einem Brechungsindex von beispielsweise 2,37, Diamant mit einem Brechungsindex von bei spielsweise 2,42, Titandioxid mit einem Brechungsindex von bei spielsweise 2,52, Siliciumcarbid mit einem Brechungsindex von beispielsweise 2,65 und Titandioxid mit einem Brechungsindex von beispielsweise 3,10. Diese Brechungsindizes ergeben sich insbesondere bei der Wellenlänge 589 nm der Natrium-D-Linie . Andere Materialien sind ebenso verwendbar.
Das Strukturieren des Oberflächenbereichs 9 erfolgt, wie es bei Figur 223D ebenso der Fall ist, mittels Erzeugens einer zufäl ligen Topologie an dem Oberflächenbereich 9. Während gemäß Figur 223D das Erzeugen der zufälligen Topologie mittels direkten Aufrauens der Oberfläche 7 des Oberflächenbereichs 9 des ein erstes Material 1 aufweisenden Halbleiterkörpers ausgeführt wird, wird gemäß Figur 223E die zufällige Topologie gebildet, indem zuerst das transparente zweite Material 3 abgeschieden und anschließend aufgeraut wird.
Nachdem die Topologie erzeugt wurde, wird die raue Oberfläche geglättet, indem auf der rauen Oberfläche das transparente oben beschriebene Material 5 aufgetragen und danach planarisiert wird .
Figur 223F zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer m-LED, diesmal jedoch mit einer geordneten Topologie. Diese wird wie in den Beispielen in dieser Anmeldung detailliert erläutert, indem das transparente zweite Material auf der Oberfläche ab geschieden wird. In dem zweiten transparenten Material wird dann eine periodische photonische Kristallstruktur eingebracht. Al- ternativ lassen sich auch photonische Eigenschaften durch nicht periodische Strukturen, insbesondere quasiperiodischer oder de terministischer aperiodischer Strukturen erreichen.
Alternativ können periodische photonische Kristalle oder nicht- periodische photonische Strukturen, insbesondere quasiperiodi sche oder deterministische aperiodische photonische Strukturen, grundsätzlich direkt, ohne ein zweites Material 3, in das erste Material 1 des Halbleiterkörpers eingebracht werden. Anschließend wird nach einem Ausbilden der photonischen Struk tur die Zwischenräume durch ein transparentes Material mit einem niedrigeren Brechungsindex aufgefüllt. Das transparentes drit tes Material 5, insbesondere Si02, wird planarisiert, so dass sich eine glatte und ebene Oberfläche ergibt. Wie in Figur 223F dargestellt schließen sowohl die Oberfläche des Material 3 als auch das Zwischenraummaterial 5 eben ab. In einer alternativen Ausgestaltung reicht das transparentes drittes Material 5 je doch über die Struktur aus dem Material 3 hinaus, so dass die Oberfläche vollständig aus dem Material 5 gebildet ist. Auf diese Weise kann eine Auskoppeleffizienz im Vergleich zu einer unbearbeiteten Oberfläche verbessert werden. Ein Transferpro zess mittels Stempeltechnologie bleibt wegen der glatten und ebenen Oberfläche weiterhin möglich.
Figur 224 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens. In einem ersten Schritt S1 wird auf einer Oberfläche einer m-LED eine Auskopplungsstruktur A gebildet. Dies erfolgt durch ein Strukturieren der Oberfläche. Hierbei gibt es die Möglichkeit, das Halbleitermaterial direkt zu strukturieren, oder eine derartige Strukturierung nach einem Abscheiden eines weiteren Materials vorzusehen. Dazu wird die Oberfläche mit einer Fotomaske bedeckt, diese belichtet und so die Strukturen vorgegeben. Durch verschiedene weitere Verfahren einschließlich verschiedener Ätzschritte wird die Oberfläche strukturiert. In Schritt S2 wird ein weiteres transparente Material in die nach dem Ätzen erzeugten Zwischenräume abgeschieden. Das transpa rente Material überdeckt die vorher erzeugte Struktur. Anschlie ßend wird in Schritt S3 die Oberfläche durch CMP oder andere geeignete Verfahren planarisiert und bis ungefähr zur Höhe der Strukturen abgetragen. Die so erzeugte strukturierte m-LED kann weiter prozessier, vereinzelt und transferiert werden.
Figur 225 zeigt in einer Draufsicht und einer Schnittansicht eine Strahlungsquelle 6 in Ausgestaltung einer m-LED und mit einer in einem Halbleitersubstrat 8 der m-LED 7 angeordneten Schicht 2, die eine photonische Struktur 4 mit einem geeigneten Konvertermaterial aufweist. Dem liegt die Idee zugrunde, eine Vereinigung von lichtformender und konvertierender Struktur zu schaffen, so dass eine besonders platzsparende Anordnung der einzelnen Elemente und damit eine besonders kleine Bauform eines optoelektronischen Bauelements ermöglicht wird. Die struktu rierte Schicht 2 mit dem Konvertermaterial bildet ein Konver terelement 1, wobei das Konvertermaterial bei Anregung durch die von der LED 7 emittierte Anregungsstrahlung konvertierte Strahlung in einen Abstrahlbereich 3 der Strahlungsquelle 6 aussendet .
Die in der Schicht 2 mit dem Konvertermaterial vorgesehene Struktur 4 ist derart ausgeführt, dass die konvertierte Strah lung ausschließlich als gerichtetes Strahlenbündel in einen be stimmten Abstrahlbereich 3 emittiert wird. Gemäß dem in Figur 225 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die konvertierte Strahlung senkrecht zu einer Ebene abgestrahlt, in der sich der m-LED-Chip mit seinen Halbleitersubstraten befindet.
Bei der in Figur 225 dargestellten strukturierten Schicht 2 handelt es sich um einen zweidimensionalen photonischen Kris tall, der in das LED-Halbleitersubstrat ober halb der aktiven Schicht der m-LED geätzt wurde. Die einzelnen, hier stäbchen förmigen und periodisch angeordneten Ausnehmungen der Struktur 4 sind mit dem Konvertermaterial gefüllt worden. Die Schicht dicke der Struktur 4 beträgt mindestens 500 nm, sodass in dem kristallinen Festkörpermaterial eine Bandlücke erzeugt wird, die eine Direktionalität der vom Konverterelement 1 emittierten konvertierten Strahlung bewirkt. In diesem Beispiel sind die Ausnehmungen rund und in einem hexagonalen Muster angeordnet in dessen Mitte ebenfalls eine Ausnehmung angeordnet ist. Daneben kann jedoch die Ausnehmung selbst auch andere Formen annehmen, beispielsweise selbst hexagonal oder quadratisch sein. Runde Ausnehmungen haben jedoch den Vorteil, dass sie einfacher her zustellen sind. Die Ausnehmungen zeigen den gleichen Abstand und haben die gleiche Größe. Auch dieser Umstand ist der Anwen dung geschuldet.
Beispielsweise können die Ausnehmungen unterschiedlich groß sein oder unterschiedlichen Abstand aufweisen. Dadurch ergibt sich eine andere Periodizität, so dass sich eine andere optische Bandlücke ausbildet. In einer diesbezüglich ähnlichen Ausfüh- rung können die Ausnehmungen in eine erste Richtung eine erste Periodizität (d.h. ersten Abstand voneinander und Größe) auf weisen in eine dazu andere, z.B. orthogonale Richtung eine zweite Periodizität. Dadurch ergibt sich eine unterschiedliche Bandlücke in die beiden Raumrichtungen und es kann eine Wellen- längenabhängige Selektion erfolgen. Bei einer geeigneten Ein stellung ist so eine Vollkonversion des eingestrahlten Lichtes möglich, so dass die m-LED konvertiertes Licht im Wesentlichen parallel zu den Ausnehmungen abstrahlt. Durch eine derartige photonische Struktur können die Direktio- nalität und somit auch die Effizienz, insbesondere auch von Etendue-begrenzten Systemen, erheblich erhöht werden. Aufgrund des Vorsehens einer Schicht 2 mit einer entsprechenden Struktur 4 und geeignetem Konvertermaterial direkt auf der Oberfläche der m-LED 7 kann auf die ansonsten zusätzlich vorgesehenen op tischen Elemente verzichtet und somit durch Ausnutzung der Er findung eine vergleichsweise klein ausgeführte Strahlungsquelle realisiert werden. Im Übrigen wird eine besonders effiziente Strahlungsquelle zur Verfügung gestellt, da einerseits kein Licht in eine nicht benötigte Richtung, die nicht senkrecht zur LED-Chipoberfläche angeordnet ist, abgestrahlt wird und ande rerseits das gesamte konvertierte Licht nutzbar ist. Ferner können so auch Moden der von der m-LED 7 emittierten Anregungs strahlung, die in der aktiven Zone 9 geführt werden und eine geringe Extraktionseffizienz aus der m-LED 7 haben, effizient konvertiert werden.
Ergänzend zeigt Figur 226 die Schnittansicht einer Strahlungs- quelle 6, die, wie es im Zusammenhang mit Figur 225 erläutert worden ist, ausgeführt ist, allerdings zusätzlich über ein auf die oberste Schicht der Strahlungsquelle 6 aufgebrachtes Fil terelement 5 in Form einer Filterschicht 5, die für Strahlung ausgewählter Wellenlängenbereich undurchlässig ist, verfügt. Die Filterschicht 5 hat hierbei die Funktion eines Farbfilters.
Eine derartige technische Ausführung bietet sich vor allem für Strahlungsquellen 6 an, bei denen eine m-LED 7 und ein Konver terelement 1 derart kombiniert werden, dass es zu einer Voll- konversion des von der m-LED 7 emittierten Lichts kommt. Mit hilfe einer geeignet ausgeführten Filterschicht 5 kann so die in den Abstrahlbereich 3 emittierte Strahlung auf Strahlung mit einer gewünschten Wellenlänge begrenzt werden. Ebenso lässt sich mit einer derartigen Filterschicht 5 sicherstellen, dass von der LED 7 emittierte Anregungsstrahlung, die von dem Konver terelement 1 nicht in konvertierte Strahlung umgewandelt wird, bei Bedarf mit Hilfe der Filterschicht 5 daran gehindert wird, in den Abstrahlbereich 3 auszutreten. In einer alternativen Ausgestaltung übernimmt die Schicht 3 der Figur 226 eine Auskoppelfunktion, um das durch die photonische Struktur geformte Licht geeignet auszukoppeln. Es sind jedoch auch eine Kombination dieser beiden Funktionalitäten möglich. In diesem Zusammenhang kann die Schicht 3 auch strukturiert sein, beispielsweis aufgeraut sin, um das Licht besser auszu koppeln
Figur 227 zeigt wiederum eine Strahlungsquelle 6, die über eine m-LED 7 sowie ein auf ein Halbleitersubstrat 8 der m-LED 7 aufgebrachtes Konverterelement 1 verfügt. Das Konverterelement 1 verfügt über eine Schicht 2 mit Konvertermaterial und eine Struktur 4, die auf ein Halbleitersubstrat 8 der LED 7 aufge bracht ist. Bei der strukturierten Schicht 2 handelt es sich bevorzugt um einen photonischen Kristall, eine quasiperiodische oder deterministisch aperiodische photonische Struktur. Die Struktur 4 der Schicht 2 ist mit geeignetem Konvertermaterial gefüllt .
Im Gegensatz zu dem in Figur 225 erläuterten Ausführungsbeispiel ist die strukturierte Schicht 2 allerdings nicht nur in einem Halbleitersubstrat im oberen Bereich der Strahlungsquelle 6 an geordnet, sondern reicht bis in die aktive Zone 9 der m-LED 7. Es wird wiederum eine strukturierte Schicht 2 mit einer Schicht dicke, die größer als 500 nm ist, bereitgestellt und somit eine optische Bandlücke erzeugt. Auch in diesem Fall können Moden der von der m-LED 7 emittierten Anregungsstrahlung, die in der aktiven Zone 9 geführt werden und eine geringe Extraktionsef fizienz aus der LED haben, effizient konvertiert werden. Ergänzend zeigt Figur 228 eine Ausgestaltung einer Strahlungs quelle 6, die, wie in Figur 227 gezeigt, ausgeführt ist und zusätzlich über ein auf die oberste Schicht der Strahlungsquelle 6 aufgebrachtes Filterelement 5, das in Form einer als Farbfil ter dienenden Filterschicht ausgeführt ist, verfügt. Derartige Farbfilter bieten die Möglichkeiten, bei einer Vollkonversion der von der m-LED 7 emittierten Anregungsstrahlung die Emission der konvertierten Strahlung in den Abstrahlbereich zu begrenzen oder bei einer nicht vollständigen Konversion die Emission von nicht konvertierter Anregungsstrahlung selektiv zu unterdrü- cken.
Figur 229A und 229B zeigen ein m-Display mit einer photonischen Struktur zur Emission von Licht, das bevorzugt senkrecht aus einer Lichtaustrittsfläche 21 austritt . Die Vorrichtung umfasst ein Pixel aufweisendes Array 11, wobei optisch wirkende Nano- strukturen in Form eines photonischen Kristalls K über die ge samte emittierende Oberfläche der Lichtaustrittsfläche 21 aus gebildet sind. Das Array 11 umfasst außerdem eine arrayartige Anordnung von Lichtquellen, die jeweils eine Rekombinationszone 2 aufweisen, welche in einer Rekombinationsebene 1 liegen.
Die Rekombinationszonen 2 sind in einer ersten Schicht optisch aktiven Halbleitermaterials 3 des Arrays 11 ausgebildet. Die Zonen 2 können Quantenpunkte, einen oder mehrere Quantentöpfe oder auch nur einen einfachen pn-Übergang aufweisen. Um loka- lisiertere Rekombinationsbereiche zu erhalten, kann vorgesehen sein, durch Stromeinschnürung oder andere strukturelle Maßnah men die Rekombination auf vorher definierte Bereiche zu be- schränken.
In der Schicht mit dem Halbleitermaterial 3 ist der photonische Kristall bzw. sind die photonischen Kristallstrukturen K struk turiert, und zwar in Form eines zweidimensionalen photonischen Kristalls. Dabei liegt der photonische Kristall K zwischen den Rekombinationszonen 2 und der Lichtaustrittsfläche 21. Die pho tonischen Kristallstrukturen K können dabei unabhängig von der Positionierung einzelner Pixel angeordnet sein, wobei bei dem dargestellten Beispiel ein Pixel einer oder drei Lichtquellen mit einer Rekombinationszone 2 entspricht. Drei Lichtquellen deshalb, damit durch eine geeignete Farbmischung jede Farbe erzeugt werden kann.
Die optisch wirkenden photonischen Kristallstrukturen K sind freistehend in Luft oder, wie dargestellt, mit einem, insbeson dere elektrisch isolierenden und optisch transparenten ersten Füllmaterial 7, insbesondere Si02, mit einem Brechungsindex ver- füllt, der kleiner ist als der Brechungsindex des Halbleiter material 3. Das Füllmaterial 7 weist vorzugsweise auch einen kleinen Absorptionskoeffizienten auf. Bei dem Array 11 sind zur elektrischen Kontaktierung der Licht quellen beide elektrischen Pole einer jeweiligen Lichtquelle mittels einer optisch spiegelnden Kontaktierungsschicht 5 elektrisch angeschlossen. Die Kontaktierungsschicht 5 befindet sich an einer den optisch wirkenden photonischen Kristallstruk turen K abgewandten Seite des optisch aktiven Halbleitermate rials 3 und ist gemäß der Darstellung der Figur 229B unten angeordnet. Eine derartige Kontaktierung ermöglicht sehr stark lokalisierte Rekombinationszonen 2. Die Kontaktierungsschicht 5 weist hierzu wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche auf, um die Pole elektrisch getrennt voneinander an schließen zu können.
Der photonische Kristall K kann über die gesamte emittierende Oberfläche 21 so strukturiert werden, dass zumindest annähernd lediglich Licht mit einer Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Oberfläche 21 das Bauteil verlassen kann. Wenn der photonische Kristall K nah an der Rekombinationsebene 1 liegt und die Schichtdicke des photonischen Kristalls K im Vergleich zum Ab- stand zur Rekombinationszone 2 groß ist, wird zusätzlich die optische Zustandsdichte im Bereich der Lichterzeugung verän dert .
Dadurch kann eine vollständige Bandlücke für optische Moden mit Ausbreitungsrichtung parallel und unter kleinem Winkel zur Ober fläche des, insbesondere planaren, das heißt insbesondere ebe nen und/oder glatten, Pixel aufweisenden Arrays 11 erzeugt wer den. Die Emission von Licht mit Ausbreitungsrichtung parallel zur emittierenden Oberfläche wird dann vollständig unterdrückt.
Insbesondere kann eine Lichterzeugung ausschließlich in einem begrenzten Emissionskegel erfolgen, der durch den photonischen Kristall K vorgegeben wird. Direktionalität ist in diesem Fall bereits auf der Ebene der Lichterzeugung sichergestellt, wodurch sich die Effizienz im Vergleich zu einem winkelselektiven op tischen Element wirksam vergrößert, da ein solches Element le diglich die Lichtauskopplung beeinflusst. Die Ausrichtung des photonischen Kristalls K ist unabhängig von der Positionierung der einzelnen Pixel, insbesondere derart, dass eine Ausrichtung der Pixelstruktur zur photonischen Struk tur K nicht nötig und eine Prozessierung einer gesamten Wafer oberfläche möglich ist. Es ist eine sinnvolle Ausgestaltung, wenn die Vorrichtung in seinen optischen Eigenschaften über die gesamte Oberfläche des Arrays 11 homogen ist oder lediglich geringfügig variiert, um die optische Umgebung des photonischen Kristalls K nicht zu stören. Figur 230A und 230B zeigen eine zweite vorgeschlagene opto elektronische Vorrichtung in einer Draufsicht bzw. im Quer schnitt. In dem pixelierten Array 11 ist der photonische Kris tall K alternativ zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 229A und 229B in einer zweiten Schicht aus einem Material 9, insbesondere Nb205, über einer ersten Schicht aus dem optisch aktiven Halb leitermaterial 3 angeordnet. Das Material 9 hat dabei einen großen optischen Brechungsindex, und es ist auf der ebenen und/oder glatten Oberfläche des Halbleitermaterials 3 angeord net. Vorzugsweise weist das Material 9 auch eine geringe Ab- Sorption auf und ist damit sehr transparent. Die Kontaktierung gleicht der nach Figur 229A und 229B und ermöglicht sehr stark lokalisierte Rekombinationszonen 2.
Alternativ kann in einigen Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass das Material auch elektrisch leitend ist. Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn die verschiedenen Pixel mit vertikalen m- LED Bauformen ausgebildet sind und an einen gemeinsamen Kontakt angeschlossen werden sollen. Wie in Figur 229A und 229B sind auch hier Säulen aus dem Material 9 gebildet und der photonische Kristall K wiederum freistehend als zweidimensionaler photonischer Kristall gebildet. Der Raum zwischen den Säulen ist im Gegensatz zu der Ausführung der Figuren 229A und 229B mit einem anderen Material mit kleinerem Brechungsindex verfüllt sein. Ein mögliches Füllmaterial ist beispielsweise Si02.
Figur 231A und 231B zeigen eine dritte vorgeschlagene opto- elektronische Vorrichtung in einer Draufsicht bzw. in einem Querschnitt. Die dargestellte Vorrichtung umfasst als Licht quellen eine Anordnung von vertikalen m-LEDs 13 und eine in einer darüber liegenden Schicht angeordnete zweidimensionale photonische Kristallstruktur K, die sich über die gesamte emit- tierende Oberfläche 21 erstreckt und aus einem Material 9 mit hohem Brechungsindex gebildet ist. Die Freiräume der Struktur K ist wiederum mit Füllmaterial 7 mit niedrigerem optischen Brechungsindex gefüllt. Die vertikalen Leuchtdioden 13 haben entlang einer vertikal orientierten Längsachse, die senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 21 verläuft, einen oberen und einen unteren elektrischen Kon takt. Die Leuchtdioden weisen somit einen elektrischen Kontakt auf der Vorderseite und einen elektrischen Kontakt auf ihrer Rückseite auf. Als Rückseite wird hierbei die von der Lichtaus trittsfläche 21 abgewandte Seite der m-LEDs 13 bezeichnet, wäh rend die Vorderseite der Lichtaustrittsfläche 21 zugewandt ist.
Die Vorrichtung umfasst eine elektrisch leitende und das er- zeugte Licht reflektierende Kontaktierungsschicht 5 zur elektrischen Kontaktierung der Kontakte auf der Rückseite der LEDs 13. Die Kontaktierungsschicht 5 ist so ausgestaltet, dass die einzelnen m-LEDs separat angesteuert werden können. Zur elektrischen Kontaktierung der Kontakte auf der Vorderseite der LEDs 13 ist eine dritte Schicht vorgesehen, die ein elektrisch leitfähiges und optisch transparentes Material 17, beispiels weise ITO, aufweist. Über einen Bonddraht 19 kann eine elekt rische Verbindung zu dem entsprechenden Pol einer Stromquelle hergestellt werden.
In und entlang der Rekombinationsebene 1 kann zwischen der drit ten Schicht und der optisch reflektierenden Kontaktierungs schicht 5 ein weiteres, insbesondere elektrisch isolierendes, Füllmaterial 15 angeordnet sein. Damit sind die m-LED elektrisch voneinander getrennt. Neben dieser hier dargestellten Struktur, können auch andere in dieser Anmeldung offenbarte pixelierte Bauelemente mit der Struktur K versehen werden. Dazu gehören beispielsweise die offenbarten Antennenstrukturen, die m-LED in Barrenform oder auch die m-LED Module . Ebenso können in all den hier dargestellten Ausführungen in der Schicht 5 Reflektions- strukturen vorgesehen sein, die das Licht in Richtung zur Aus trittsfläche umlenken. Dazu gehören unter anderem auch die die eigentliche m-LED umlaufenden Strukturen, die in dieser Anmel dung offenbart sind.
Figur 232A und 232B zeigen eine vierte Ausführung eine m-Dis- plays in einer Draufsicht und im Querschnitt. Das m-Display bzw. Modul Vorrichtung umfasst eine Anordnung von horizontalen m- LEDs 13 mit jeweiligen Rekombinationszonen 2 und eine optisch wirkende zweidimensionale photonische Kristallstruktur K unter der gesamten emittierende Oberfläche 21. Die photonische Kris tallstruktur K liegt in einer Schicht aus einem Material 9 mit großem Brechungsindex, beispielsweise Nb205- Freiräume sind wie derum mit Füllmaterial 7, beispielsweise Siliziumdioxid, mit niedrigerem optischen Brechungsindex gefüllt.
Bei den horizontalen Leuchtdioden 13 liegen beide elektrischen Kontakte auf der Rückseite der Leuchtdioden 13. Jeweils beide Pole der LEDs 13 sind mittels elektrisch voneinander getrennter Bereiche der optisch reflektierenden Kontaktierungsschicht 5 elektrisch angeschlossen. Im Bereich der Rekombinationsebene 1 ist zwischen der Materialschicht 9 und der Kontaktierungsschicht 5 ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Füllmaterial 15 angeordnet .
Die Effizienz in Bezug auf die Lichterzeugung ist bei den Aus gestaltungen gemäß der Figur 229A bis 232B verhältnismäßig hoch, da bei diesen Ausführungsbeispielen bereits bei der Lichterzeu gung Direktionalität beziehungsweise Gerichtetheit des Lichts erreicht wird, insbesondere wenn mittels der Bandstruktur des photonischen Kristalls K eine höhere photonische Zustandsdichte im Bereich der Rekombinationszonen 2 für die Emission von Licht in Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Strukturierung des photonischen Kristalls K homogen über einen gesamten Wafer erfolgen kann. Eine bestimmte Positionierung oder Orientierung des photonischen Kristalls zu den einzelnen Pixeln oder Mikro leuchtdioden ist nicht erforderlich. Dadurch wird die Herstel lungskomplexität deutlich reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu alternativen Ansätzen, bei denen Strukturen indi viduell über jeden Pixel platziert werden.
Figur 233A und 233B zeigen eine fünfte vorgeschlagene opto elektronische Vorrichtung in einer Draufsicht und im Quer schnitt. Die Vorrichtung umfasst ein pixeliertes Array 11 und optisch wirkende Säulen- oder Pillarstrukturen P, insbesondere mit Pillars oder Säulen, die über die gesamte emittierende Ober fläche 21 strukturiert sind. Das Array 11 ist auf seiner Ober fläche glatt und eben.
Das pixelierte Array 11 weist in dieser Ausgestaltung eine Viel zahl von Subpixeln mit jeweils einer Lichtquelle auf, die eine jeweilige Rekombinationszone 2 umfasst. Die Rekombinationszonen 2 der Pixel liegen dabei in einer Rekombinationsebene 1 und sie sind in einer ersten Schicht mit optisch aktivem Halbleiterma terial 3 angeordnet .
Über dieser ersten Schicht sind die Pillarstrukturen P ausge- bildet. Ein Pillar P ist dabei einer Lichtquelle zugeordnet, so dass jeder Pillar P direkt über der Rekombinationszone 2 der zugeordneten Lichtquelle angeordnet ist. Eine Längsachse L ei nes jeweiligen Pillars P verläuft dabei insbesondere durch die Mitte M der Rekombinationszone 2 der zugeordneten Lichtquelle 2. Die Pillars P bestehen aus einem Material 9 mit hohem Bre chungsindex, zum Beispiel Nb20s. In die Zwischenräume zwischen den Pillars P kann ein Füllmaterial 7 mit niedrigerem Brechungs index angeordnet sein, wie zum Beispiel Siliziumdioxid. Die Pillars P können über der Schicht mit den Lichtquellen angeordnet sein, insbesondere indem die Pillars P über dem Array 11 zusätzlich aufgebracht werden. Alternativ können die Pillars in das Halbleitermaterial 3 geätzt werden. Dazu muss die Halb leitermaterialschicht entsprechend hoch ausgestaltet sein. Da das Halbleitermaterial normalerweise einen hohen Brechungsindex aufweist, kann Material derart weggeätzt werden, dass die Pil lars 9 stehen bleiben. Die durch das Ätzen frei gewordenen Bereiche können mit Material mit niedrigem Brechungsindex auf gefüllt werden.
Die Pillars P wirken wie Wellenleiter, welche Licht in Richtung der Längsachse L nach oben leiten, so dass die Pillars P eine verbesserte Abstrahlung von Licht in einer Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 21 bewirken können. Neben der hier dargestellten Ausführung kann auch eine andere Periodizität der Pillarstrukturen vorliegen, beispielsweise können die Pillar abwechselnd über einer m-LED und zwischen zwei benachbarten m- LEDs liegen. Dadurch ergibt sich eine doppelte Dichte an Säulen, liegen, sowie die Pillarstrukturen. Durch die Periodizität wird die optische Bandstruktur und damit die Eigenschaften hinsicht lich der Lichtauskopplung bestimmt.
Bei dem Array 11 sind zur elektrischen Kontaktierung der Licht- quellen mit den Rekombinationszonen 2 jeweils beide elektrischen Pole einer Lichtquelle mittels einer spiegelnden Kontaktie rungsschicht 5 elektrisch angeschlossen. Die Kontaktierungs schicht 5 ist an einer den optisch wirkenden Pillarstrukturen P abgewandten Seite des Halbleitermaterials 3 ausgebildet. Die Kontaktierungsschicht 5 kann zwei getrennte Bereiche aufweisen, um die beiden Pole getrennt voneinander elektrisch kontaktieren zu können. Eine derartige Art der Kontaktierung ermöglicht sehr stark lokalisierte Rekombinationszonen 2. Figur 234A und 234B zeigen eine sechste optoelektronische Vor richtung in einer Draufsicht und im Querschnitt. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnung von vertikalen m-LEDs 13. Optisch wir kende Pillarstrukturen P, insbesondere mit Pillars oder Säulen, sind über der Anordnung mit m-LEDs 13 angeordnet. Dabei verläuft die Längsachse L der Pillars P zumindest im Wesentlich durch die Mittelpunkte der Rekombinationszonen 2 der m-LEDs 13.
Die Pillarstrukturen P können freistehend in Luft oder verfüllt mit einem, insbesondere elektrisch isolierenden und optisch transparenten, ersten Füllmaterial 7 über den Leuchtdioden an geordnet sein. Das Füllmaterial 7 kann einen kleineren Bre chungsindex als der Brechungsindex des Materials 9 der Pillars P und/oder des Halbleitermaterial 3 der m-LEDs 3 aufweisen. Es ist zwar auch die umgekehrte Form denkbar, d.h. Material 7 hat einen größeren Brechungsindex als das Material der Pillars, jedoch ändert sich damit Lichtführung der Pillars.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den m-LEDs um vertikale Mikroleuchtdioden 13. Diese weisen einen, insbesondere positi- ven, elektrischen Pol an ihrer der spiegelnden Kontaktierungs schicht 5 zugewandten Rückseite sowie einen weiteren elektri schen Pol an der den Pillars P zugewandten Vorderseite auf. Der Pol an der Vorderseite der Lichtquellen ist mittels einer Schicht eines elektrisch leitfähigen und optisch transparenten Materials 17, insbesondere ITO, und mittels eines Kontaktdrahts 19 elektrisch mit einer entsprechenden Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden. Die Schicht mit dem Material 17 ist zwischen den Lichtquellen und den Pillars 17 angeordnet, wie dargestellt.
Dabei kann in Freiräumen in der Schicht der m-LEDs 13 und somit zwischen der Schicht mit dem Material 17 und der Kontaktie rungsschicht 5 ein zweites Füllmaterial 15 angeordnet sein.
Die Pillarstrukturen P können ebenso als Mikropillarstrukturen oder Mikropillars bezeichnet werden, da deren Dimensionierung, insbesondere deren Querschnitt, zumindest annähernd der Dimen sionierung der Mikroleuchtdioden 13 oder der Pixel eines Arrays 11 entsprechen kann.
Figur 235A und 235B zeigen eine siebte optoelektronische Vor richtung in einer Draufsicht und im Querschnitt. Im Unterschied zu der Variante der Figur 234A und 234B umfasst die Vorrichtung gemäß den Figur 235A und 235B eine Anordnung von horizontalen Mikroleuchtdioden 13, deren elektrischen Pole auf der Rückseite der Mikroleuchtdioden 13 liegen. Zur elektrischen Kontaktierung können daher beide elektrischen Pole einer Lichtquelle über zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche der spiegelnden Kon- taktierungsschicht 5 elektrisch angeschlossen werden. Die Zwi schenschicht mit dem Material 17 wie bei der vorstehend be schriebenen Variante mit vertikalen Mikroleuchtdioden wird da her nicht benötigt. Im Vergleich zu den Anordnungen mit den photonischen Kristall strukturen K gemäß den Figuren 229A bis 232B ist bei den Vari anten mit den Pillars P die Herstellung mit Standardtechnologien in einfacherer Weise möglich, da die Strukturgrößen mit Durch- messern bis 1 pm oder darüber deutlich größer sind. Die Pro zessanforderungen sind dadurch geringer und eine hochauflösende Lithographie kann zur Herstellung der Pillars ausreichen.
Pillarstrukturen, insbesondere Pillars oder Säulen, aus dem op- tisch aktiven Halbleitermaterial 3 oder einem Material 9 mit einem möglichst hohen Brechungsindex können passgenau über in dividuelle Pixel des Arrays 11 oder über vertikale Mikroleucht dioden 13 (Figur 234A und 234B) oder über horizontale Mikrole uchtdioden 13 (Figur 235A und 235B) strukturiert werden. Die individuellen Pixel oder Mikroleuchtdioden 13 können kleiner als 1 pm im Durchmesser sein, und die Pillars können ein As pektverhältnis Höhe: Durchmesser von mindestens 3:1 haben. Die Pillars sind vorzugsweise direkt in das Halbleitermaterial 3 geätzt, wie bei Figur 233A und 233B und bei Figur 235A und 235B möglich, da keine dritte Schicht 17 gemäß Figur 234B ausgebildet ist, oder sie bestehen aus einem anderen Material 9 mit großem Brechungsindex und vorzugsweise geringer Absorption, das auf die Oberfläche des Arrays 11 aufgebracht wird. Ein mögliches Material mit großem Brechungsindex ist beispielsweise Nb20s. Die Pillarstrukturen können freistehend oder mit einem Material 7 mit kleinem Brechungsindex verfüllt sein. Ein mögliches Füll material mit niedrigem Brechungsindex ist beispielsweise Si02. Durch den größeren Brechungsindex der Pillars im Vergleich zum umgebenden Material wird die Emission parallel zur Längsachse der Pillars im Vergleich zu anderen Raumrichtungen verstärkt. Durch einen Wellenleiter-Effekt wird Licht entlang der Längs achse der Pillars zusätzlich effizienter ausgekoppelt als Licht mit anderen Ausbreitungsrichtungen. Dadurch kann die Direktio- nalität beziehungsweise Gerichtetheit des emittierten Lichts verbessert werden. Figur 236A und 236B zeigen eine achte vorgeschlagene optoelekt ronische Vorrichtung in einer Draufsicht und im Querschnitt. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnung von m-LED 13, die jeweils als Pillar P und somit in Säulenform ausgebildet sind.
Die Länge der Pillars P kann einer halben Wellenlänge des emit tierten Lichts im Halbleitermaterial 3 entsprechen und die Re kombinationszone 2 kann vorzugsweise in der Mitte M eines je weiligen Pillars und damit in einem lokalen Maximum der photo- nischen Zustandsdichte liegen. Das Aspektverhältnis Höhe: Durchmesser der Pillars P kann mindestens 3:1 sein.
In der gezeigten Anordnung können die Pillars P circa 100 nm hoch sein und einen Durchmesser von lediglich circa 30 nm auf- weisen. Dies erfordert eine sehr fein aufgelöste Strukturie rungstechnik und ist mit aktuellen Fertigungstechnologien auf Waferlevel mit Aufwand umsetzbar.
Als Alternative können die Abmessungen hochskaliert werden, um die Herstellung zu vereinfachen, wobei die Direktionalität des emittierten Lichts mit zunehmender Größe der Pillarsstrukturie- rung abnimmt. Die Länge der Pillars P ist bevorzugt ein Viel faches der halben Wellenlänge des emittierten Lichts im Halb leitermaterial, und die jeweilige Rekombinationszone 2 kann in einem Maximum der photonischen Zustandsdichte liegen.
Durch die Pillarstrukturierung der m-LED 13 wird die Emission parallel zur Längsachse der Pillars P durch die größere photo- nische Zustandsdichte wirksam verstärkt. Durch einen Wellenlei- ter-Effekt wird Licht mit Ausbreitungsrichtung entlang der Längsachse der Pillars P zusätzlich effizienter ausgekoppelt als Licht mit anderen Ausbreitungsrichtungen. Der Zwischenraum zwischen den Pillars P ist mit einem Material 7 verfüllt, das vorzugsweise einen sehr kleinen Absorptionskoeffizienten und einen kleineren Brechungsindex aufweist als das Halbleiterma terial 3. Ein mögliches Füllmaterial mit kleinem Brechungsindex ist beispielsweise Si02. Bei dieser Anordnung von als Pillars P oder Säulen geformten, insbesondere vertikalen, Mikroleuchtdioden 13 wird zur Kontak tierung von in einer Rekombinationsebene 1 angeordneten Rekom binationszonen 2 jeweils ein, insbesondere positiver, erster Pol mittels einer spiegelnden Kontaktierungsschicht 5 elektrisch angeschlossen. Die Kontaktierungsschicht 5 ist an den unteren, ersten Längsenden der m-LEDs 13 ausgebildet.
Der jeweils andere, insbesondere negative, zweite Pol ist an einer dritten Schicht eines leitfähigen transparenten Materials 17, insbesondere ITO, elektrisch angeschlossen und mittels ei nes Bonddrahts 19 beispielsweise mit dem entsprechenden Pol einer Stromversorgung verbunden.
Gemäß dieser Anordnung ist die dritte Schicht in und entlang der Rekombinationsebene 1 in den Längsmitten der als Pillars P oder Säulen geformten m-LEDs 13 ausgebildet.
Figur 237A und 237B zeigen eine neunte optoelektronische Vor richtung in einer Draufsicht und im Querschnitt. Im Gegensatz zu der Variante der Figur 236A und 236B weist die Vorrichtung gemäß Figur 237A und 237B vertikale m-LEDs auf, die als Pillars P ausgebildet sind.
Der unten liegende elektrische Kontakt, insbesondere der p- Kontakt, wird über die Unterseite der Pillars P und insbesondere durch Kontaktierung der Kontaktierungsschicht 5 hergestellt. Der oben liegende elektrische Kontakt, insbesondere der n-Kon- takt, liegt auf der Oberseite der Pillars P. Der Kontakt wird über eine obere Schicht mit optisch transparentem und elektrisch leitfähigem Material 17 hergestellt. Die obere Schicht erstreckt sich über den Pillars P und dem ersten Füllmaterial 7, mit dem die Freiräume zwischen den Pillars P verfüllt sind. Ein mögli ches Material 17 für die obere Schicht ist beispielsweise ITO ( Indium-Zinn-Oxid) . Über den Bonddraht 19 kann eine Verbindung zu einer Stromversorgung hergestellt werden.
Die elektrische Kontaktierung der Leuchtdioden in den Pillars P ermöglicht sehr stark lokalisierte Rekombinationszonen 2, wo bei der obere Kontakt, insbesondere ein n-Kontakt, auf der Höhe der Rekombinationszonen 2 oder auf der Oberseite der Pillars P ausgebildet sein kann. Jeder Pillar P erzeugt einen individu ellen Pixel.
Die Emission von Licht parallel zur Längsachse der m-LEDs 13 in Form von Pillars gemäß den Figuren 236A bis 237B wird erhöht. Dadurch verbessert sich die Direktionalität des emittierten Lichts im Vergleich zu herkömmlichen Mikroleuchtdioden mit klei nem Aspektverhältnis. Im Vergleich zu einer Anordnung gemäß den Figuren 233A bis 235B kann der Prozess der Lichterzeugung durch eine Anordnung gemäß den Figuren 236A bis 237B deutlich stärker beeinflusst werden, wodurch eine hohe Direktionalität und Ef fizienz erreicht werden kann.
Figur 238 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren opto- elektronischen Vorrichtung, bei der ein zweidimensionaler pho- tonischer Kristall K über einer Schicht mit einer arrayartigen Anordnung von Lichtquellen mit Rekombinationszonen 2 angeordnet ist. Der photonische Kristall K ist dabei derart nah an den Rekombinationszonen 2 angeordnet, dass der photonische Kristall K eine im Bereich der Rekombinationszonen 2 vorhandene optische Zustandsdichte verändert, und zwar insbesondere derart, dass eine Bandlücke für wenigstens eine optische Mode mit einer Aus breitungsrichtung parallel und/oder unter kleinem Winkel zur Lichtaustrittsfläche 21 erzeugt wird und/oder die Zustands- dichte für wenigstens eine optische Mode mit einer Ausbrei tungsrichtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 21 erhöht wird . Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Höhe H des photonischen Kristalls K mindestens 300 bis 500 nm, be vorzugt bis zu 1 pm, beträgt. Die Höhe H des photonischen Kris talls kann abhängig sein von dem Material mit hohem Brechungs index des photonischen Kristalls .
Außerdem ist ein Abstand A zwischen der Mitte M der Rekombina tionszonen 2 und der Unterseite des photonischen Kristalls K höchstens 1 pm und bevorzugt wenige 10 bis wenige hundert nm. Bei allen beschriebenen Ausgestaltungen mit einem photonischen Kristall K handelt es sich um einen zweidimensionalen photoni schen Kristall, der eine periodische Variation des optischen Brechungsindex in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raum richtungen aufweist, die parallel zur Lichtaustrittsfläche ver- laufen. Ferner handelt es sich vorzugsweise um Pillarstruktu- ren, die eine arrayartige Anordnung von Pillars P bzw. Säulen aufweisen, wobei die Längsachse L der Pillars P senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 21 verläuft. Figur 239 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 1 mit einer photonischen Struktur zur Abgabe eines polarisierten Lichtes. Das Bauelement 1 umfasst eine Emittereinheit 2, die eine Licht austrittsfläche 3 aufweist und auf der ein Polarisationselement 4 in Form einer Polarisationsschicht mit einer dreidimensiona- len photonischen Struktur aufgebracht ist. Mithilfe photoni- scher Strukturen zur Polarisierung von elektromagnetischer Strahlung ist es insbesondere möglich, spezielle Bilder aufzu nehmen und auf geeigneten Displays darzustellen. Gemäß dem in Figur 239 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Emittereinheit 2 um eine p-LED 5, die Licht im sichtbaren oder eventuell auch im ultravioletten Wellenlängenbereich emittiert. Das von der m-LED 5 emittierte Licht wird in die dreidimensio nale photonische Struktur geleitet und hier in Abhängigkeit der Ausgestaltung und Dimensionierung der Struktur in eine bestimmte Schwingungsrichtung polarisiert. Je nach Ausführung der drei dimensionalen photonischen Struktur kann eine zirkulare oder eine lineare Polarisation erfolgen. Das so abgestrahlte Licht weist daher bestimmte und durch die photonische Struktur vor gegebene Polarisation auf.
Verfügt die dreidimensionale photonische Struktur des Polari sationselementes 4 über spiralförmige Strukturelemente 6, wie sie in Figur 240 gezeigt sind, so erfolgt eine zirkulare Pola risation. Sind die Strukturelemente der dreidimensionalen pho- tonischen Struktur dagegen stäbchenförmig, insbesondere als so genannte Nanorods ausgeführt, wird hierdurch eine lineare Po larisation der durch die dreidimensionale photonische Struktur geführten Strahlung bewirkt. Die Herstellung des in Figur 239 gezeigten optoelektronischen Bauelements 1 erfolgt mithilfe des Zwei-Photon-Lithographie- Verfahrens, des Glancing-Angle-Deposition-Verfahrens , der La serinterferenzlithographie oder durch holografische Strukturie rung. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in Figur 240 gezeigten spiralförmigen Strukturelemente 6 mit hilfe des Glancing-Angle-Deposition-Verfahrens hergestellt wor den sind.
Die Darstellung in Figur 239 zeigt lediglich ein einzelnes opto- elektronisches Bauelement. Allerdings können eine Vielzahl die ser Bauelemente gemeinsam hergestellt und als Array oder m-LED- Modul vorgesehen werden, wie dies beispielsweise in den Figuren 187, 189 bis 192 gezeigt ist. Dadurch können verschiedene Bau elemente miteinander verbunden werden, die jedoch komplementäre Eigenschaften aufweisen. Es werden somit Bauelemente 1 oder auch Arrays oder m-LED-Module zur Bilderzeugung kombiniert, die un terschiedliche Polarisations- und/oder Transmissionseigenschaf ten aufweisen. Die mit Hilfe mehrerer Beleuchtungseinheiten, die jeweils über komplementäre Eigenschaften verfügen, erzeugten, in unter schiedlichen Schwingungsrichtungen polarisierten Strahlungen werden mithilfe hierin offenbarter gemeinsamer Optiken auf ein Display oder einen Schirm abgebildet.
Mit der gemäß Figur 239 auf der Oberfläche bzw. der Lichtaus trittsfläche 3 eines LED-Chips angeordneten dreidimensionalen photonischen Struktur, die ein Polarisationselement 4 bildet, ist es möglich, Licht mit grundlegend anderen Eigenschaften, insbesondere mit definierter Polarisation zu erzeugen, als dies mit den derzeit bekannten LEDs möglich ist. Der Vorteil besteht dabei darin, dass aufgrund des Vorsehens von einer dreidimen sionalen photonischen Struktur auf der Chip-Oberfläche keine zusätzlichen optischen Komponenten, wie zum Beispiel ein klas- sischer Polarisationsfilter, erforderlich sind, gerade im Be reich der m-LEDs ist dies zweckmäßig, da derartige photonische Strukturen mittels lithographischer Verfahren leichter her stellbar sind, als das Positionieren und Befestigen separater Polarisationsfilter. Die Beleuchtungseinheit kann daher ver- gleichsweise klein ausgeführt werden. Aufgrund der Strukturie rung direkt auf dem Halbleiterchip der LED 5 ist ein derartiges optoelektronisches Bauelement 1 auch energieeffizienter als die bekannten Bauelemente, bei denen eine nachträgliche Selektion der Polarisation erfolgt. Jedes Photon, das aufgrund seiner Eigenschaften nicht durch die dreidimensionale photonische Struktur hindurchtritt, verbleibt im m-LED-Chip und kann durch einen Reabsorptionsprozess neu emittiert werden. Figur 241 zeigt eine Beleuchtungseinheit bzw. ein optoelektro nisches Bauelement 1 mit einer Emittereinheit 2, die eine Licht austrittsfläche 3 aufweist, auf der ein Polarisationselement 4 mit einer dreidimensionalen photonischen Struktur, die über wellenlängenselektive Eigenschaften verfügt, aufgebracht ist.
Die photonische Struktur ist in diesem Fall als dreidimensio naler photonischer Kristall ausgeführt. Alternativ können meh rere zweidimensionale photonische Kristalle in Lagen übereinan der angeordnet werden.
Die dreidimensionale photonische Struktur ist derart ausge führt, dass diese über einen wellenlängenspezifischen Transmis sionsgrad und Polarisationseigenschaften verfügt. Dies bedeu tet, dass der Transmissionsgrad sowie die Polarisationseigen- schäften der dreidimensionalen photonischen Struktur in Abhän gigkeit der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung variieren.
Das in Figur 241 gezeigte Bauelement 1 verfügt über eine Emit tereinheit, die wiederum eine m-LED 5 aufweist. Ferner ist ein Konverterelement 7 mit einer Schicht aus Konvertermaterial vor gesehen. Das Konvertermaterial emittiert aufgrund einer Anre gung durch von der LED 5 emittierten Anregungsstrahlung 8 eine konvertierte Strahlung 9, die eine gegenüber der Wellenlänge der Anregungsstrahlung 8 geänderte Wellenlänge aufweist.
Treffen nunmehr sowohl nicht konvertierte Anregungsstrahlung 8 als auch konvertierte Strahlung 9 auf die dreidimensionale pho tonische Struktur auf, so werden diese Strahlungen in Abhängig keit ihrer Wellenlänge in Bezug auf die Transmission sowie Po- larisation auf unterschiedliche Weise beeinflusst. Wie Figur 241 zu entnehmen ist, wird die konvertierte Strahlung 9 senk recht zur Oberfläche des LED-Chips ausgekoppelt, während die Anregungsstrahlung 8 seitlich abgelenkt wird. Derartige Beleuchtungseinheiten können auf bevorzugte Weise in Bauteilen zum Einsatz kommen, in denen Strahlungen mit unter schiedlichen Wellenlängen erzeugt werden, wobei bei einer Kom bination von m-LEDs und Konverterelementen unterschiedliche Funktionen umgesetzt werden können. In Abhängigkeit der Ausge staltung der dreidimensionalen photonischen Struktur sowie der Wellenlänge der jeweils von einer LED emittierten Anregungs strahlung 8 ist es möglich, eine vollständige Unterdrückung der Anregungsstrahlung 8 zu erreichen, während die konvertierte Strahlung 9 die dreidimensionale photonische Struktur durch strahlt. Ebenso ist es denkbar, dass die Anregungsstrahlung 8 abgelenkt wird, während die konvertierte Strahlung 9, wie es in Figur 241 gezeigt ist, senkrecht zur Chipoberfläche ausgekop pelt wird. Selbstverständlich kann der Mechanismus auch umge- kehrt sein. Im Weiteren ist es ebenfalls denkbar, die konver tierte Strahlung 9 auf eine spezielle Weise zu polarisieren, während die Anregungsstrahlung 8 unverändert über die Chipober fläche austritt. Auch hier kann der Mechanismus umgekehrt sein. Die in Figur 242 dargestellte Variante einer Beleuchtungsein heit umfasst eine Emittereinheit, hier wiederum in Form einer m-LED 15, sowie eine, zum Beispiel spiralartig ausgestaltete, dreidimensionale photonischen Struktur 11. Konvertermaterial 13 ist in die Struktur 11 verfüllt.
Das in Figur 243 gezeigte optoelektronische Bauelement 11 um fasst wenigstens eine m-LED 13, welche dazu ausgebildet ist, über eine Lichtaustrittsfläche 15 elektromagnetische Strahlung 19, wie etwa sichtbares oder infrarotes Licht einer Wellenlänge, zu emittieren. Dabei ist eine photonische Struktur 17 zur Strahlformung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen, be vor diese über die Lichtaustrittsfläche 15 austritt. Die pho tonische Struktur 17 formt die elektromagnetische Strahlung 19 derart, dass die elektromagnetische Strahlung 19 im Fernfeld 21 eine definierte Charakteristik 23 (Fernfeldcharakteristik) auf weist .
Insbesondere handelt es sich bei der photonischen Struktur 17 der Beleuchtungseinheit 11 von Figur 243 um einen eindimensio nalen photonischen Kristall 25. Dieser erstreckt sich bei der dargestellten Variante bis zur Lichtaustrittsfläche 15. Die Stirnseite des photonischen Kristalls 25 bildet somit die Licht austrittsfläche 15. Der eindimensionale photonische Kristall 25 weist eine periodische Variation des optischen Brechungsindexes längs einer ersten Richtung RI auf.
Der Kristall 25 bzw. die periodische Variation sind so einge stellt, dass sie die von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) der m-LED abgestrahlte elektromagnetische Strahlung strahlformen. Insbesondere wird eine Lichtausbreitung längs der ersten Rich tung RI blockiert. Dadurch weist die abgestrahlte emittierte Strahlung 19 im Fernfeld 21 nur eine geringfügige Ausdehnung längs der ersten Richtung RI aus. Charakteristisch an der elekt- romagnetischen Strahlung 19 im Fernfeld 21 ist somit, dass sie einen schmalen Streifen 27 bildet. Die elektromagnetische Strah lung 19 ist daher in Bezug auf die erste Richtung 19 kollimiert.
Bei der Lichtquelle handelt es sich um eine m-LED. Diese ist typischerweise ein Lambertscher Strahler. Durch die Verwendung der photonischen Struktur 17 und die daraus resultierende Strahlformung kann eine gerichtete, kollimierte elektromagne tische Strahlung 19 erzeugt werden. Wie Figur 243 schematisch zeigt, verlässt die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung 19 die m-LED 13 in Form eines sich im Wesentlichen längs einer zweiten Richtung R2 auffächernden Lichtkegels. Die Mittelachse des Lichtkegels erstreckt sich da bei längs einer Hauptabstrahlrichtung H, die senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 15 verläuft. Nicht gezeigt ist eine, in Hauptabstrahlrichtung H gesehen nachgeordnet zur Lichtaus trittsfläche 15 angeordnete, kollimierende, optionale Optik. Mittels der Optik kann die elektromagnetische Strahlung 19 in der zweiten Raumrichtung R2, welche orthogonal zu der ersten Raumrichtung RI verläuft, kollimiert werden. Die elektromagne tische Strahlung 19 kann im Fernfeld 21 somit in Bezug auf die beiden Richtungen RI, R2 kollimiert sein. Es entsteht ein Leuchtpunkt. Dieser Leuchtpunkt ist bei Displays wie eingangs erwähnt besonders günstig, da der Strahl in beide Raumrichtungen stark kollimiert ist.
Ein optoelektronisches Bauelement 11 gemäß Figur 243 eignet sich besonders gut zur Anwendung in einem optischen Scanner. Dabei kann die Beleuchtungseinrichtung 11 aufgrund des streifenarti- gen Lichtbilds im Fernfeld 21 insbesondere für Zeilen-Scan- Anwendungen eingesetzt werden.
Bei dem in Figur 244 dargestellten optoelektronischen Bauele ment 11 ist ein eindimensionaler photonischer Kristall 25 an der Oberseite einer Emittereinheit 13a ausgebildet. Die Stirn seite des Kristalls 25 bildet die Lichtaustrittsfläche 15 für elektromagnetische Strahlung, die von einer nicht dargestellten optoelektronischen Lichtquelle, zum Beispiel einer LED oder m- LED, erzeugt wird und durch den photonischen Kristall 25 hin- durch über die Lichtaustrittsfläche 25 abgestrahlt wird.
Im Unterschied zu der Variante gemäß Figur 243 verläuft bei der Beleuchtungseinheit der Figur 244 die Hauptabstrahlrichtung H der elektromagnetischen Strahlung 19 in einem Winkel a zur Nor- malen N der Lichtaustrittsfläche 15. Der Winkel a ist dabei ungleich null Grad. Der Winkel a kann beispielsweise im Bereich zwischen 30 und 60 Grad liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass der eindimensionale photonische Kristall 25 eine sich in einer ersten Richtung RI erstreckende, periodisch wiederholende Ab folge von zwei Materialen 31, 33 mit unterschiedlichem optischen Brechungsindex aufweist. Die Materialien 31, 33 haben einen parallelogrammartigen Querschnitt und aneinander anstoßende Grenzflächen der Materialen 31, 33 verlaufen nicht orthogonal, sondern geneigt zur Lichtaustrittsfläche 15, wie in Figur 244 schematisch gezeigt ist.
Eine derartige Struktur kann beispielsweise gebildet werden, indem parallel zueinander verlaufende Gräben 29 schräg zur Lichtaustrittsfläche 15 in das die Lichtaustrittsfläche 15 auf weisende Substrat 31 geätzt werden. Die Gräben 29 können mit einem Material 33 aufgefüllt werden, das einen anderen optischen Brechungsindex aufweist als das weggeätzte Substratmaterial 33. Der Winkel a kann dabei von der Schräge der Gräben 29 zur Lichtaustrittsfläche 15 abhängen. Die Breite der Gräben 29 und die Breite eines jeweiligen zwischen zwei Gräben 29 verbleiben den Substratmaterials 31 hat Einfluss auf die Wellenlängen, auf welche der photonische Kristall 25 sich auswirken kann. Typi scherweise werden die Breite der Gräben 29 und die Breite des zwischen zwei Gräben liegenden Substratmaterials 33 und damit auch die Periodizität der photonischen Kristallstruktur 25 an die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung angepasst, die von der Lichtquelle oder einem zwischen Lichtquelle und photonischen Kristall angeordneten Konvertermaterial bereitge stellt wird.
Mittels des eindimensionalen photonischen Kristalls 25 kann das Bauelement 11 der Figur 244 wiederum ein Lichtstreifen 27 im Fernfeld 21 erzeugen, wie in Bezug auf Figur 243 beschrieben wurde. Im Unterschied zu der Variante der Figur 243 ist die Hauptabstrahlrichtung H bei der Variante der Figur 244 um den Winkel a gegenüber der Normalen N verkippt. Mittels einer nach- geordneten Kollimationsoptik kann der Streifen 27 in eine punkt- bzw. kreisförmige Struktur im Fernfeld 21 gebracht werden. Die in Figur 245 dargestellte Variante umfasst eine linienartige oder arrayartige Anordnung von mehreren optoelektronischen Bau elementen 11 der Figur 244. Die von den einzelnen Bauelementen 11 emittierten Lichtstrahlen 19 weisen die gleiche Hauptab- Strahlrichtung H auf. Die Lichtstrahlen 19 können von einer zusätzlichen kollimierenden Optik 35, insbesondere einer Linse, auch in einer zweiten Richtung, die in der Darstellung der Figur 245 senkrecht zur Bildebene verläuft, kollimiert werden. Es ergibt sich somit im Fernfeld hinter der Optik 35 eine punkt- bzw. kreisförmige Abbildung der emittierten Strahlung 19.
Durch die Verwendung eines photonischen Kristalls bei einer Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß den Figur 244 und 245 ergibt sich eine effektiv höhere Auflösung für eine linien- bzw. ar- rayartige Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen 11 gemäß Fi gur 245. m-Display oder Module, die derartige Merkmale aufweise, erlauben eine sehr gerichtete Strahlung, so dass die Pixel schärfe sehr hoch ist. Damit bleibt auch bei benachbarten Pixeln der Kontrast sehr hoch und ein optisches Übersprechen wird re- duziert. Außerdem lassen sich kleinere Strahlquerschnitte rea lisieren, insbesondere im Fernfeld nachgeordnet der Optik 35. Dadurch, dass bereits durch die in die Beleuchtungseinrichtun gen 11 integrierten photonischen Kristalle 25 eine Kollimation in der ersten Richtung RI (vgl. Figur 244) erfolgt, können die Optik 35 und eventuell weitere, nachfolgende Optiken kompakter ausgebildet werden.
Bei der Variante der Figur 246 umfasst das optoelektronische Bauelement bzw. die Beleuchtungseinheit 11 eine photonischen Struktur 17, bei der es sich um einen zweidimensionalen photo nischen Kristall 37 handelt, dessen Stirnseite die Lichtaus trittsfläche 15 bildet. Von der Lichtaustrittsfläche 15 aus gesehen ist hinter dem photonischen Kristall 37 wenigstens eine optoelektronische Lichtquelle, optional mit Konvertermaterial, angeordnet. Der photonische Kristall 37 ist dazu ausgebildet, die über die Lichtaustrittsfläche abgestrahlte elektromagneti sche Strahlung 19 so zu formen, dass diese ein definiertes, diskretes, Muster 39 im Fernfeld 21 erzeugt. Bei dem darge stellten Beispiel besteht das Muster 39 aus mehreren verteilten Lichtpunkten 41, wobei auch andere Muster möglich sind. Insbe sondere kann der photonische Kristall ausgebildet sein, ledig lich einen zentralen Bildpunkt erzeugen. Diese Struktur ist für Displays besonders zweckmäßig. Die Beleuchtungseinheit 11 der Figur 246 eignet sich zum Bei spiel zur Verwendung in einem Oberflächentopographie-Erken nungssystem 43, das beispielhaft in dem Blockdiagramm der Figur 247 dargestellt ist. Das System 43 umfasst zusätzlich zu der Beleuchtungseinheit 11 eine Detektionseinheit 45 mit einer Ka- mera 47, die zur Erfassung des Musters 39 ausgebildet ist, wenn dieses ein Objekt (nicht gezeigt) ausleuchtet.
Ferner ist eine Analyseeinrichtung 49 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, eine Verzerrung des Musters 39 in Bezug auf ein vorgegebenes Referenzmuster zu ermitteln. Das Referenzmus ter kann zum Beispiel aus der Erfassung des Musters 39, wenn es auf eine ebene Oberfläche projiziert wird, bestimmt werden. Die Analyseeinrichtung 49 ist außerdem dazu ausgebildet, in Abhän gigkeit von der ermittelten Verzerrung des Musters 39 eine Form und/oder eine Struktur des von dem Muster 39 im Fernfeld 39 ausgeleuchteten Objekts zu bestimmen. Mittels des Systems 43 kann somit beispielsweise eine Gesichtserkennung realisiert werden Ebenso kann auch die Sehrichtung eines Auges dadurch erfasst werden. Bei Anwendungen im Augmented Reality Bereich können so einige Pixel mit einem derartigen Kristall wie in Figur 246 ausgebildet sein, um die Reflexion auf dem Auge eine Sehrichtung oder deren Änderung zu detektieren. Dies erlaubt es einem Benutzer zu folgen und Information in das Sichtfeld für scharfes Sehen einzublenden. Bei der Variante gemäß Figur 247 können nachgeordnete Optiken zur Mustererzeugung eingespart werden, da das Muster 39 sich bereits mittels des photonischen Kristalls 37 erzeugen lässt. Die Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß Figur 246 und damit ein- hergehend das System 43 gemäß Figur 247 lassen sich daher in einer besonders kompakten Form realisieren.
Für eine Lichtauskopplung und Lichtführung gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Bei einer ersten liegt das Auge eines Be- nutzers direkt in Linie zu der Abstrahlrichtung eines Displays. In einem derartigen Fall kann das von dem Display erzeugte Licht direkt abgestrahlt werden, kollimiert, vergrößert oder verklei nert werden. Es ist jedoch keine komplexere Lichtführung not wendig. Diese Art der Erzeugung und Führung ist oftmals in Display Anwendungen auch Automotive Bereich zu finden. Auch bei Anwendungen zu erweiterter Realität unter Benutzung von Brillen kann dieses Prinzip zur Anwendung kommen. Dabei wird das Display direkt in die Brille zu implementiert und so die Brille selbst als halbtransparenten Schirm benutzt. Natürlich erfordert die- ses auch, Steuerschaltungen und Anschlussmöglichkeiten genauso so mit transparentem Material zu implementieren.
In einigen Anwendungen ist jedoch eine Lichtleiteranordnung zur Lichtführung notwendig, da das lichterzeugende Displays außer- halb eines Sichtfeldes eines Benutzers oder zumindest nicht direkt davor angeordnet ist. Google' s Glass™ ist ein Beispiel für eine solche Anwendung.
Figur 248 illustriert ein Beispiel, in dem das Display nicht innerhalb der Sichtlinie des Auges ist; das heißt, dass das durch das Display erzeugte Licht durch die Brille und das Auge geführt werden muss. In Figur 248 ist ein m-Display 45, die ein lichterzeugendes Element LED und ein vor den Lichtweg angeord netes optisches System 44 hat, an einer Stelle außerhalb des Sichtfeldes des Auges angeordnet. Das lichterzeugende Element LED ist eines der weiter vorstehend vorgestellten Strukturen. Es ist im Wesentlichen ein oder mehrere kleine Display mit m- LED Pixeln bzw. Subpixeln hiervon. Eine Ansteuerung erfolgt durch die ebenso hier vorgestellten Konzepte. Im Fall eines monolithischen Displays kann die Ansteuerung auch direkt im Träger implementiert sein. Das m-LED Display ist auf dem Träger aufgesetzt und mit diesem elektrisch kontaktiert.
Im Fall von Brillen ist das m-Display auf den Bügeln nahe bei dem Scharnier angeordnet. Das m-Display in diesem Beispiel emit tiert Licht der Grundfarben Rot, Blau und Grün parallel zu einem Einspeisungselement, das als eine Sandwichstruktur gebaut ist und Elemente 41, 43g, 43b, 42, 43r und 43b benutzt. Das Ein speisungselement weist einen ersten Lichtleiter 41 aus einem transparenten Material auf. Ein reflektierendes Einkoppelele ment 43g ist auf der Seitenwand des Lichtleiters und gegenüber von einfallemden Licht angebracht, um den grünen Anteil des Lichtes von des m-Displays zu reflektieren und es durch den Lichtleiter 42 zu führen. In einigen Varianten hat das einfal- lende Licht einen Winkel von 0° bis 45° in Bezug auf die Ober fläche des entsprechenden Lichtleiters. In dem illustrierten Beispiel ist der Lichteinfallswinkel näherungsweise 70° in Be zug auf die Oberfläche des Lichtleiters. Ein weiteres reflektierendes Einkoppelelement 43b ist entweder an oder auf Element 43g, um den blauen Anteil in den zweiten Lichtleiter 42 einzukoppeln. Schließlich ist das letzte reflek tierende Element 43r auf dem zweiten Lichtleiter 42 so positi oniert, dass es den roten Anteil des m-Displays in den zweiten Lichtleiter reflektiert. In diesem Umfang sind die reflektie renden Elemente 43 angepasst, den entsprechenden Lichtanteil in die Lichtleiter 41 und 42 einzukoppeln. Reflektierenden Einkop pelelemente ermöglichen die Lichtkopplung in Lichtleiter selbst, wenn einfallendes Licht unter einem großen Winkel auf den Lichtleiter trifft, z.B. wie in Figur 248 näherungsweise 70° bis 90°. Erster und zweiter Lichtleiter sind unter Benutzung von Abstandselementen 47 an beiden Enden der Lichtleiter von einander beanstandet. Die Lichtleiter 41 und 42 sind beide länglich und parallel zueinander angeordnet. Sie können zum Beispiel Teil der Brille sein. Totale Reflektion in beiden Lichtleitern hindert das Licht (den grünen Anteil und den roten beziehungsweise blauen Anteil) an dem Auskoppeln aus dem Lichtleiter. Das Licht wird zu einem Bereich in dem Lichtleiter geführt, der von den reflektierenden Auskoppelelementen 46r, 46b und 46g bedeckt ist. All diese Be reiche sind wie die Bereiche der entsprechenden reflektierenden Elemente 43g, 43b und 43r auf derselben Seite angeordnet. Aus koppelelement 46r ist auf dem zweiten Lichtleiter 42 angeordnet und ist konfiguriert, um den roten Anteil des Lichtes aus dem zweiten Lichtleiter auszukoppeln und den Anteil zu dem Auge zu richten. Elemente 46b und 46g weisen die gleiche Funktionalität für den blauen und den grünen Anteil auf, so dass alle drei Lichtanteile im Wesentlichen parallel und zu dem Auge gerichtet sind.
Die Einkoppelelemente 43 werden unter Verwendung von zum Bei spiel Spiegeln und dergleichen implementiert, was reflektierend für einen bestimmten Anteil des Lichtes aber ansonsten trans- parent ist. Zum Zwecke von Reflektion können die Einkoppelele mente den Brechungsindex ändern, so dass Licht reflektiert wird. In einer ähnlichen Art führt der Wechsel des Brechungsindexes zwischen Luft und dem Lichtleiter zum Beispiel das Licht inner halb des Leiters. Die Auskopplung des Lichtes erfolgt in ähn- licher Weise. Wenn das Licht verschiedener Farben im Wesentli chen parallel und überlappend ist, dann sollte das oder die entsprechenden Koppelelemente auf einander gestapelt sein. Je doch sollte das Stapeln so auftreten, dass das Einkoppelelement nicht gewünschte Anteile des Lichtes absorbiert oder reflek- tiert. In einigen Varianten können MEMS Spiegel benutzt werden, um das von dem Display kommende Licht zu dem Auge des Benutzers zu leiten. Das Auskoppelelement 46 ist in diesem Beispiel direkt auf den Lichtleiter aufgebracht. Figur 249 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lichtführung, bei der mittels eines foveated Displays eine geeignete Strahlfüh rung erreicht wird. In der Figur 249 wird Beleuchtungsanordnung beispielsweise eines m-Displays vorgeschlagen, die ein lichtemittierendes optoelektronisches Element 1 und eine opti- sehe Vorrichtung 6 zur Strahlumwandlung bzw. zur Strahlformung der vom lichtemittierenden optoelektronischen Element 1 erzeug ten elektromagnetischen Strahlung umfasst. In diesem Zusammen hang umfasst ein lichtemittierendes optoelektronisches Element 1 eine Vielzahl von m-LED, die im Betrieb Licht einer Farbe emittieren. Das lichtemittierendes optoelektronisches Element ist so gestaltet, dass die m-LEDs verschiedene Farben emittie ren. Drei m-LEDs bilden als Subpixel Teil eines gesamten Pixels. Das lichtemittierendes optoelektronisches Element enthält in einer Ausgestaltung somit eine Vielzahl derartiger Pixel
Die optische Vorrichtung 6 stellt eine Systemoptik 19 in Form einer abbildenden Projektionsoptik 20 dar und umfasst im Strah lengang aufeinanderfolgend eine planparallele Linse 21 und eine erste asphärische Linse 22 und eine zweite asphärische Linse 23, die eine Abbildung des lichtemittierenden optoelektroni schen Elements 1 realisieren.
Des Weiteren zeigt Figur 249, dass das das lichtemittierende optoelektronische Element 1 mehrere in Matrixform angeordnete Emissionsbereiche 3.1, 3.2 umfasst. Diese weisen jeweils ein oder mehrere m-LEDs (für verschiedene Farben) auf. Optional können die m-LEDs bereits Primäroptiken 12 umfassen. Diese Pri märoptiken können Konverterelemente Auskoppelstrukturen oder auch photonische Kristalle enthalten, um bereits beim Lichtaus- tritt eine gewisse Strahlformung zu erreichen. Jedem der Emis sionsbereiche 3.1, 3.2 ist eine Hauptstrahlrichtung 4.1 und 4.2 zugeordnet. Zur wenigstens teilweisen Kompensation der in der optischen Vorrichtung entstehenden Feldkrümmung sind die Mit- telpunkte 7 der Emissionsbereiche 3.1, 3.2 auf einer gekrümmten Fläche 5 angeordnet, die für das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Kugelsegment 24 mit einem zugeordneten Kugelmittelpunkt 30 auf der optischen Achse 10 der optischen Vorrichtung 6 bildet. Für eine mögliche Dimensionierung ist für ein lichtemittieren des optoelektronisches Element 1 mit dem Durchmesser D von 3,7mm ein Radius R von 10mm für die gekrümmte Fläche 5 zur Anordnung der Emissionsbereich 3.1, 3.2 gewählt und für die im Strahlen gang nachfolgende planparallele Linse 21 der optischen Vorrich- tung 1 werden ein Material mit einem Brechungsindex von mindes tens 1,6 und eine Dicke in Richtung der optischen Achse 10 von mindestens dem doppelten des Durchmessers D gefordert.
Figur 250 zeigt eine vergrößerte Teilansicht für ein Ausfüh- rungsbeispiel der Beleuchtungsanordnung mit einem lichtemittie renden optoelektronischen Element 1 das mehrere Emissionsberei che 3.1 - 3.5 umfasst, die durch Aperturen der Primäroptiken von separaten Optochips 17.1- 17.5 in der Form von m-LEDs ge bildet werden. Dargestellt ist eine Anordnung der separaten Optochips 17.1 - 17.5 auf einem nicht-planaren IC-Substrat 16, sodass die Mittelpunkte 7 der Emissionsbereiche 3.1 - 3.5 auf einer konkav gekrümmten Fläche 5 liegen. Jeder der Emissions bereiche 3.1 - 3.5 bildet einen Lambert Strahler 11 dem eine Hauptstrahlrichtung 4.1 - 4.5 zugeordnet ist, wobei aufgrund des nicht-planaren IC-Substrats in Form eines der optischen Vorrichtung 6 zugewandten Kugelsegments 24 die Hauptstrahlrich tungen 4.1 - 4.5 einen gemeinsamen Schnittpunkt auf der opti schen Achse 10 der optischen Vorrichtung 6 aufweisen. Durch Primäroptikelemente 12 (vgl. Figur 249) kann die Lambertsche Emission der Emissionsbereiche 3.1 - 3.5 in eine nicht-Lambert- sche Emission, insbesondere in eine Emission mit einem engeren Öffnungswinkel, transformiert werden.
Figur 251 zeigt eine Ausführungsalternative in vergrößerter Teilansicht, mit einer nur angeschnitten dargestellten opti schen Vorrichtung 6. Ersichtlich ist ein ebenes IC-Substrat 28 mit einer schematisch vereinfacht skizzierten Steuereinrichtung 25, die typischerweise Treiberkomponenten sowie Schnittstellen- und Speicherelemente umfasst. Auf dem ebenen IC-Substrat 28 ist ein monolithisch pixelierter Optochip 14 angeordnet, der ein in einem gemeinsamen Verfahren hergestelltes lichtemittierendes optoelektronisches Element 1 mit mehreren auf einer konkav ge krümmten Fläche 5 eines Bereichs 15 des Chips 14 liegenden Emissionsbereichen 3.1 - 3-5 aufweist, die jeweils durch ein Konverterelement 13 gebildet werden. Entsprechend zur vorheri gen Ausführung stehen die Hauptabstrahlrichtungen 4.1 - 4.5 der Emissionsbereiche 3.1 - 3.5 zueinander in Winkelstellung und schneiden sich auf der optischen Achse 10 der optischen Vor richtung 6.
Figur 252 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Beleuch tungseinrichtung mit einem lichtemittierenden optischen Element 1, umfassend ein gestuftes IC-Substrat 29. Auf konzentrisch angeordneten Ringflächen 8.1, 8.2, 8.3 des gestuften IC-Sub- strats 29 sind separate Optochips 17.1 - 17.5, die durch m-LEDs 11 gebildet werden, so angeordnet, dass die Mittelpunkte 7 der durch Primäroptikelemente 12 der jeweiligen m-LEDs 11 gebilde ten Emissionsbereiche 3.1 - 3.5 auf einer konkav gekrümmten Fläche 5 liegen, während die Hauptstrahlrichtungen 4.1 -4.5 der Emissionsbereich 3.1 - 3.5 eine übereinstimmende Orientierung aufweisen. Mithin unterscheiden sich die Abstände der separaten Optochips 17.1-17.5 zur planparallelen Linse 21 der optischen Vorrichtung 6 und damit der Strahlquerschnitt im sich aufwei tenden Strahlengang vor der optischen Vorrichtung 6, falls eine Anordnung auf unterschiedlichen Ringebenen 8.1 - 8.3 vorliegt. Figur 253 zeigt eine Weitergestaltung der Erfindung ausgehend von der in Figur 252 gezeigten Variante, wobei zusätzlich zwi schen den auf einer konkav gekrümmten Fläche 5 angeordneten Mittelpunkten 7 der Emissionsbereiche 3.1 -3.5 und der planpa rallelen Linse 21 der optischen Vorrichtung 6 ein ebenfalls konkav gekrümmtes kollimierendes optisches Element 18 angeord net ist. Für die dargestellte Ausführung umfasst das kollimie- rende optische Element 18 eine gekrümmte Lochblende 26 und eine gekrümmte Mikrolinsenanordnung 27, die einen Abstrahlwinkelfil ter bilden. Die Funktionskomponenten des kollimierenden opti- sehen Elements 18 können einzelnen oder mehreren Emissionsbe reichen 3.1 - 3.5 zugeordnet sein. Für eine im Einzelnen nicht dargestellte Ausführung dient jede Funktionskomponente des kol limierenden optischen Elements 18 zur Vorkollimation mehrerer zu einem Pixel gehörender und mit unterschiedlichen Farben ab- strahlenden Emissionsbereichen 3.1 - 3.5.
Figur 254 zeigt hierzu eine Ergänzung der Gestalt, dass die Optochips 17.1 bis 17.5 als m-LED Anordnungen mit einer zusätz lichen lichtformenden Struktur auf der Oberseite der Emissions- fläche ausgebildet. Dadurch wird eine Lichtführung verbessert, und die Strahlungscharakteristik der einzelnen Optochips ver ändert. Es ergibt sich durch die lichtformende Struktur, die beispielsweise als photonischer Kristall in einem Halbleiter material des Optochips ausgeführt ist, eine höhere Direktiona- lität des emittierten Lichts. Die lichtformende Struktur kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Figur 256 zeigt hierzu eine weitere Ausführung basierend auf dem Beispiel der Figur 253. Bei dieser ist die lichtformende Struktur 31 im Strahlengang der Optochips angeordnet. Sie weist mehrere Berei- che 30, 31 und 32 mit einer periodischen Änderung des Brechungs index auf. Im Besonderen sind die Bereiche durch Löcher in dem Material des Struktur 31 gebildet, wodurch die periodische Va riation des Brechungsindex erzeugt wird. Hierbei sind die Löcher für die Bereiche 30 und 32 nicht senkrecht zur Oberfläche der Struktur eingebracht, sondern schräg dazu geätzt. Diese Ätzung bedingt somit eine Richtungsabhängigkeit der Löcher und damit der Variation des Brechungsindex. Entsprechend erzeugt eine derartige Anordnung eine Formung des Lichts in der im oberen Teilbild der Figur 256. Die Bereiche 30 und 32 sind so ausge staltet, dass sie einfallendes Licht kollimieren und unter einem durch die Richtung der Löcher definierten Winkel wieder gerich tet abgeben. Lediglich im Bereich 33 erfolgt eine Lichtkolli- mierung. Durch diese spezielle Ausgestaltung der photonischen Struktur ergibt sich ein im Wesentlichen paralleles Strahlen bündel .
Die Ausgestaltung der Figur 255 basiert auf dem Beispiel der Figur 252. Auch hier ist eine lichtformende Struktur ausgebil- det, deren Breite jedoch variiert und der Form bzw. der Ober fläche des Körpers 1 folgt.
Figur 257A und B zeigen eine weitere Ausführung in Querschnitts darstellung und Draufsicht. Bei dieser sind auf den konzentrisch angeordneten Flächen 8.1, 8.2, 8.3 des gestuften IC-Substrats aus mehreren Basismodulen gebildete m-LED Module 3a, 3b und 3c wie weiter oben beschrieben angeordnet. In einer Draufsicht ist dies anhand einer weiteren Ausführung genauer gezeigt, wobei das gestufte Substrat rechteckige gestufte Flächen umfasst. In der zentralen d.h. „tiefsten" Fläche 8.1 ist ein m-LED Modul aus 4x5 Basismodulen angeordnet. Im nächsten Bereich 8.2 sind einige weitere m-LED Module dargestellt. Dies kann beispiels weise ein 2x8 Modul sein, aber auch eine andere Form aufweisen. Schließlich ist der letzte Bereich zum Teil bereits mit einem
1x13 Modul bestückt. Neben photonischen Strukturen können auch andere Maßnahmen zur Lichtformung direkt auf dem Substrat 29 vorgesehen werden. Figur 258 zeigt ein derartiges Beispiel. Bei dieser ist um jeden Emissionsbereich 3.1 bis 3.5 bzw. um jeden Optochip 17.1 bis 17.4 eine reflektierende Struktur 20 angeordnet. Die reflektie rende Struktur 20 erstreckt sich über die Höhe der Emissions fläche so dass seitlich in einem flachen Winkel abgestrahltes Licht von der reflektierenden Struktur umgelenkt wird. Die re flektierende Struktur ist mit Merkmalen aus dieser Anmeldung gebildet. Beispielsweise können die Optochips in Kavitäten in einer jeden Ringfläche angeordnet sein, wobei die reflektierende Struktur 20 Teil der Wände der Kavitäten bilden.
Figur 259 zeigt eine Kombination der Ausführung basierend auf dem Beispiel der Figur 251. Auf der Oberfläche sind dazu eine Vielzahl von Nanorods, beispielsweise solcher mit einer Struk tur nach den Beispielen der Figuren 26 bis 29 angeordnet. Diese werden durch die Ansteuerschaltung 28 einzeln kontaktiert und angesteuert .
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Projektionseinheiten bekannt, mit denen Bilder bedarfsgerecht in gezielt festgelegten Bildebenen darstellbar sind. Derartige Projektionseinheiten kommen etwa in
Figur 260A zeigt in Draufsicht ein RGB-Emitterarray nach dem Stand der Technik mit einer optoelektronischen Leuchtvorrich tung 1, die als Matrix mit RGB-Pixeln 40 ausgebildet ist, welche rotes, grünes oder blaues Licht emittieren. Die RGB-Pixel 40 zeichnen sich durch einen hohen Füllfaktor aus. Dies bedeutet, dass ein großer Teil der Fläche 5 der einzelnen RGB-Pixel 40 als lichtemittierende Fläche genutzt wird.
Figur 260B zeigt in einer schematischen Darstellung beispiel- haft die Strahlführung, die in Projektionseinheiten mit einer Projektionsoptik 7 vorliegt. Die Projektionsoptik 7 umfasst alle 3 in Figur 260B gezeigten Linsen, auch die Linse bzw. Platte 52. Zu erkennen ist, dass die von den einzelnen RGB-Pixel 40 emittierte Strahlung nicht kollimiert wird. Wie in Figur 260B dargestellt, gelangen nur die von den RGB-Pixeln 40 emittierten Strahlen mit einem Abstrahlwinkel zwischen +45° und -45° in die Elemente der Projektionsoptik 7, die der Platte 52 nachgeordnet sind. Da die RGB-Pixel 40 gemäß dem Lambertschen Strahlungsge setz Licht emittieren, kann daher ohne Kollimation der Strahlung ein Teil der von den RGB-Pixel 40 emittierten Strahlung nicht zur Bilderzeugung verwendet werden, was letztendlich einen Ef fizienzverlust bedeutet.
Figur 261 zeigt in schematisch vereinfachter Draufsicht eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 1 mit einem vorgeschlagenen ausgeführten RGB-Emitterarray nach einigen hier offenbarten As pekten mit sechs Pixeln, wobei für das exemplarisch mit Bezugs zeichen versehene Pixel 2.1 die zugeordnete Pixelfläche 5 dar gestellt ist. Das Pixel 2.1 umfasst getrennt angelegte, Subpixel bildende m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3, die als m-LEDs ausgebildet sind und die für das dargestellte Ausführungsbeispiel rotes, grünes und blaues Licht emittieren. Die einzelnen Pixel 2.1 zeichnen sich durch einen kleinen Füllfaktor aus, sodass nur ein ver gleichsweise kleiner Teil der Pixelfläche 5 durch die m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 belegt ist. Im Übrigen sind die m-LEDs 3.1, 3.2,
3.3 derart angeordnet, dass ein vergleichsweise großer Abstand zwischen den einzelnen lichtemittierenden Flächen der Subpixel gebildet wird. Einerseits sind die m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 bzw. die m-LEDs mit Abstand zum Rand der Pixel 2.1 angeordnet, dass es nicht zum optischen und/oder elektrischen Übersprechen zwi schen benachbarten Pixeln 2.1 kommt. Andererseits sind auch die m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 innerhalb der einzelnen Pixel 2.1 derart angeordnet, dass ein optisches und elektrisches Übersprechen zwischen den einzelnen Halbleiterleuchtvorrichtungen 3.1, 3.2, 3.3 eines Pixels 2.1 verhindert oder zumindest minimiert werden kann. Bei der Anordnung der einzelnen m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 wird die Abstrahlcharakteristik und die benötigte Lichtleistung zur Erzeugung der gewünschten Bilder berücksichtigt. Zusätzlich kann, wie hier im ganz links oberen Pixel dargestellt, eine reflektierende Erhebung 2.4 ausgestaltet sein. Ebenso kann eine transparente Deckelektrode angebracht sein. Ausführungen hierzu sind in dieser Anmeldung offenbart.
Figur 262A zeigt eine ergänzende Ausführungsform basierend auf dem Beispiel der Figur 261. Die Pixel sind wiederum in Reihen und Spalten angeordnet, wobei jedes Pixel insgesamt drei durch jeweilige m-LEDs 3.1, 3.2 und 3.3 gebildete Subpixel aufweist. Die einzelnen m-LEDs weisen je nach ihrer emittierenden Farbe eine unterschiedliche Größe auf. m-LED 3.2 für die grüne Farbe besitzt die größte Fläche, da das menschliche Auge auf die Farbe Grün besonders sensitiv reagiert. Die m-LED 3.1 für die rote Farbe und die m-LED 3.3 für die blaue Farbe sind benachbart zur m-LED 3.2 angeordnet und weisen demgegenüber eine deutlich ge ringere Größe auf. Um die m-LEDs herum ist eine reflektierende Struktur 2.1 angeordnet. Diese besitzt eine schräge Seitenflä che, auf der eine reflektierende Schicht 21 abgeschieden ist.
Figur 262B zeigt hierzu die Querschnittsdarstellung entlang der XX Achse für ein einzelnes Pixel. Die einzelnen m-LEDs 3.1,3.2 und 3.3. Sind als vertikale LEDs ausgeführt und umfassen auf ihrer Unterseite jeweils eine Kontaktfläche. Jede Kontaktfläche ist elektrisch leitend mit einem Kontaktbereich 3.11, 3.22 und 3.33 in einem Planesubstrat 3 verbunden. Ein weiterer Kontakt auf der lichtemittierenden Seite der jeweiligen m-LED ist mit einer leitenden Deckelektrode verbunden. Die Deckelektrode ähn lich der Ausführungsform der Figur 103A ist wiederum an die leitende metallische und reflektierende Struktur 29 zu allen Seiten des Pixels angeschlossen. Die reflektierende Struktur umgibt die m-LEDs 3.1 bis 3.3 vollständig und umfasst einen dielektrischen Träger 29 auf dem Planesubstrat 3, auf dem ein reflektierendes Metall 21 abgeschieden ist. Dieses erstreckt sich über die Oberseite der Struktur 29 und steht dort in elekt rischem Kontakt mit der Deckelektrode sowie entlang der Seiten wände und eines Teilbereichs des Backplanesubstrat 3. Dabei ist das Metall 21, durch die elektrische Struktur 29 von dem Back planesubstrat 3 elektrisch isoliert. Durch den großen Reflexi onsbereich durch die reflektierende Schicht 21 wird seitlich austretendes Licht reflektiert und nach oben hinweg abgestrahlt. In der in Figur 262B gezeigten Darstellung liegt die m-LED 3.1 für das rote Licht zum Teil hinter der m-LED 3.3 für das blaue Licht. Die Kontaktbereiche 3.11 bis 3.3 sind entsprechend aus gestaltet, sodass sich eine Positionierung der einzelnen m-LEDs auf der Oberfläche des Backplanesubstrats 3 vereinfacht.
Figur 263A zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausgestaltung, bei der ein Pixelelement mit mehreren Subpixel durch horizontal angeordnete m-Rods realisiert wird. Die horizontal angeordneten Rods korrespondieren hierbei zu den verschiedenen in dieser Anmeldung gezeigten Ausführungsformen. Für jedes Pixel ist da bei eine gemeinsame Kontaktebene 21 auf dem Backplanesubstrat vorgesehen, die einerseits die reflektierende metallische Struktur kontaktiert und andererseits an einen gemeinsamen An schluss einer jeden m-LED 3.1-3.3 angeschlossen ist. Zur indi- viduellen Ansteuerung eines jeden m-LED ist der jeweils andere Kontaktbereich dieser m-LED mit einer Kontaktfläche auf der Oberfläche des Backplanesubstrats gekoppelt. Diese Kontaktflä che ist größer ausgestaltet als der Durchmesser bzw. die Breite der jeweiligen m-LED, sodass damit eine Positionierung verein- facht wird. In der in Figur 263A dargestellten Ausführungsform der oberen Zeile sind für die Farbe Grün jeweils zwei nebenei nander angeordnete m-LEDs 3.2 in Form von m-Rods vorgesehen. Die m-Rods 3.1 dienen zur Erzeugung eines roten Lichts, die m- Rods 3.3 zur Erzeugung eines blauen Lichts. Wie bereits erläutert, wird durch die unterschiedliche Breite der m-Rods eine Farbemission im Betrieb eingestellt. Entspre chend weist der m-Rod 3.3 für die blaue Farbe die größte Breite auf, der m-Rod 3.1, die geringste Breite. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, die Kontaktflächen auf der Oberfläche des Back planesubstrat für die individuelle Ansteuerung der m-Rods je weils gleich groß auszugestalten. Dadurch wird eine zusätzliche Flexibilität in der Bestückung der einzelnen Pixel erreicht.
In der hier dargestellten oberen Zeile sind jeweils zwei Rods für die grüne Farbe vorgesehen. Alternativ dazu kann jedoch auch der vorhandene Farbraum erweitert werden, indem beispielsweise die m-Rods für die grüne Farbe unterschiedlich ausgestaltet sind. Ein derartiges Beispiel ist in der unteren Zeile im linken Pixel mit den beiden Rods 3.2a und 3.2b realisiert. Hierbei zeigt das m-Rod 3.2B eine leicht unterschiedliche grüne Farbe mission im Vergleich zu den beiden Rods 3.2a auf. Dadurch ist der Farbraum im grünen Bereich erweitert. Ein weiterer Gesichts punkt ist in der unteren Zeile dargestellt, und betrifft die unterschiedliche Sensitivität des menschlichen Auges auf ver schiedene Farben. Um beispielsweise eine erhöhte Anzahl an Farb abstufungen zu erreichen bzw. Ausfall oder Defekten vorzubeugen kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, mehrere m-Rods einer Farbe in dem oder für das Pixel vorzusehen. Im rechten Pixel der unteren Zeile ist dies durch ein zusätzliches vorge sehenes grünes m-Rod und eine zusätzliches vorgesehenes rotes m-Rod dargestellt. Diese redundanten m-Rods können bei Bedarf d.h. bei Vorliegen eines Defektes zusätzlich auf dem Pixel plat ziert werden. Zu diesem Zweck sind die Kontaktflächen, 3.11 und 3.22 entsprechend ausgestaltet.
Eine weitere Ausführung zeigt das mittlere Pixel der Figur 263A. Bei dieser sind die Kontaktflächen für die individuelle Ansteu erung der Rods zusammengefasst, sodass jeweils alle grünen und alle roten Rods gleichzeitig angesteuert werden. Insofern wird damit bei den Grünen wie auch bei den roten m-Rods eine Paral lelschaltung aus den hier dargestellten drei grünen bzw. zwei roten Elementen erreicht. Die Kontaktflächen auf der Oberfläche des Backplanesubstrat 3 sind größer ausgeführt, sodass eine vereinfachte und flexiblere Positionierung erreichbar ist.
Neben den hier dargestellten Rods sind auch weitere Ausgestal tungen eines derartigen Pixels mit unterschiedlichen Füllfak toren denkbar. Figur 263B zeigt eine Ausführung mit m-LEDs 3.1 bis 3.2 in der in dieser Anmeldung vorgestellten sogenannten Barrenform. Wie bereits erläutert, ist dabei ein Konverterma terial 3.15 zwischen zwei lichtemittierenden barrenförmigen Elementen 3.14 angeordnet und bildet so einen m-LED. Wie dar gestellt sind in der jeweils oberen Zeile eines Pixels drei m- LEDs 3.2 für die grüne Farbe angeordnet. Je nach Anwendungsfall, kann eine dieser m-LEDs als redundante m-LED ausgeführt sein, um bei Bedarf eine defekte m-LED zu ersetzen. Alternativ kann sie mit einer unterschiedlich grünen Farbe ausgestaltet sein, um den Farbraum zu erweitern. In der jeweils unteren Zeile der Pixel in Figur 263B sind jeweils eine m-LED 3.3 für die blaue Farbe und 2 m-LEDs 3.2 für die rote Farbe angeordnet.
Figur 264 zeigt eine Draufsicht auf eine aus RGB-Pixeln gebil dete Matrix, die eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 1 ei- ner vorgeschlagenen Projektionseinheit bildet. Beispielhaft ist eine Pixelfläche 5 des Pixels 2.2 gestrichelt dargestellt. Das Pixel 2.2 umfasst drei Subpixel bildende Halbleiterleuchtvor richtungen 3.1, 3.2, 3.3, die rotes, grünes oder blaues Licht emittieren und die in Form einer Dreiecksanordnung auf der Flä- che 5 des Pixels 2.2 angeordnet sind, auch diese Ausführung kann mit reflektierender Schicht umgeben sein. Ein anderer Aspekt wäre an dieser Stelle eine Ausführung wie weiter oben beschrie ben, bei der das Pixel rückseitig d.h. durch das Träger Substrat abstrahlen, wie dies beispielsweise in Figur 221 schematisch dargestellt worden ist. Je nach Anwendungsfall kann die hier vorgestellte Matrix aus Pixeln mit m-LEDs eines kleinen Formfaktors durch eine licht formende oder auch lichtkonvertierende Struktur ergänzt werden. Figur 265 zeigt eine Draufsicht auf eine solche Ausgestaltung. Bei dieser ist auf der Matrix eine lichtformende Struktur mit Bereichen 33 und 34 ausgestaltet. Die Bereiche 34 sind als Pillars oder Säulen bzw. Löcher in der die Matrix überdeckende transparente Schicht 33 ausgeführt. Die Schicht 33 weist dabei eine gegenüber den Säulen 34 oder Löchern 34 unterschiedlichen Brechungsindex auf. Somit ergibt sich wie in der Draufsicht dargestellt, eine periodische Variation des Brechungsindex in die beiden Raumrichtungen. Diese Weise wird eine photonische Struktur bzw. ein zweidimensionaler photonischer Kristall über der Matrix aus den einzelnen m-LEDs und Pixeln gebildet. Durch eine entsprechende Wahl der Periodizität kann somit das Licht zumindest einer Wellenlänge geeignet geformt werden. Zusätzlich können die Säulen bzw. Löcher oder auch die die Subpixel bil denden m-LEDs über einander angeordnet sein. Auf diese Weise bilden die Löcher bzw. die Säulen einen Lichtleiter, der zu einer Verbesserung der Abstrahlcharakteristik, einer erhöhten Auskoppeleffizienz oder einer verbesserten Direktionalität füh ren kann.
Des Weiteren zeigt Figur 266 in einer schematischen Ansicht die unterschiedlichen Komponenten einer vorgeschlagenen Projekti onseinheit. Eine derartige Projektionseinheit verfügt über eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 1, mit einer Matrix bilden den Pixeln 2.1, 2.2, die einen geringen Füllfaktor aufweisen und jeweils m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 umfassen, welche Licht unter- schiedlicher Farbe, nämlich rotes, grünes und blaues Licht, emittieren. Nach einigen vorgeschlagenen Aspekten ist für jedes Pixel 2.1, 2.2 eine Kollimationsoptik 6.1, 6.2 vorgesehen, die das von den m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 emittierte Licht kollimiert und in ein bevorzugt virtuelles Zwischenbild 8.1, 8.2 abbildet. Mithilfe einer Projektionsoptik 7 wird das Zwischenbild 8.1, 8.2 der m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 auf ein im Einzelnen nicht darge stelltes Display, einen Bildschirm oder eine sonstige Darstel lungseinheit, bei der es sich auch um die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs handeln kann, gelenkt, um ein Bild zu er- zeugen, das in der gewünschten Größe, Ausrichtung und Beabstan- dung vom Betrachter wahrgenommen werden kann.
Weiterhin zeigt Figur 267 die vorgeschlagene Ortskorrektur, die zu einer Überlagerung der vergrößerten virtuellen Zwischenbil- der 8.1, 8.2 der m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 führt. Mithin ist die
Kollimationsoptik 6.1, 6.2 ist derart ausgeführt, dass die Größe der Zwischenbilder 8.1, 8.2 der m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 im Wesent lichen der Größe des jeweiligen Pixels 2.1, 2.2 entspricht und zusätzlich die unterschiedlichen Positionen und Größen der m- LEDs 3.1, 3.2, 3.3 für die Überlagerung der Zwischenbilder 8.1, 8.2 weitgehend kompensiert werden. Bevorzugt überlappen sich die Zwischenbilder 30.1, 30.2, 30.3 der m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 über mindestens 85 % und bevorzugt über mindestens 95 % ihrer Zwischenbildfläche. Die Zwischenbilder 30.1, 30.2, 30.3 der m- LEDs 3.1, 3.2, 3.3 können sich auch über mindestens 70 %, 80% oder 90% ihrer Zwischenbildfläche überlappen. Ferner ist bevor zugt, dass die Gesamtfläche der einander überlappenden Zwi schenbilder 30.1, 30.2, 30.3 der m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 des je weiligen Pixels 2.1, 2.2 mindestens 80 % und bevorzugt mindes- tens 90 % der Pixelfläche 5 entspricht. Die Gesamtfläche der einander überlappenden Zwischenbilder 30.1, 30.2, 30.3 der m-
LEDs 3.1, 3.2, 3.3 des jeweiligen Pixels 2.1, 2.2 kann mindes tens 70%, 80% oder 90% der Pixelfläche 5 entsprechen. Die jedem einzelnen Pixel 2.1, 2,2 zugeordnete Kollimationsop tik 6.1, 6.2 kann mithilfe eines holografisch optischen Elemen tes (HOE), eines refraktiven optischen Elements (ROE) oder eines diffraktiven optischen Elements (DOE) bewirkt werden. Hierzu zeigt Figur 268 die jeweils notwendige chromatische Phasenfunk- tion 12, 13, 14 der Kollimationsoptik 6.1, 6.2, 6.3 für die drei verschiedenen m-LEDs 3.1, 3.2, 3.3 des jeweiligen Pixels 2.1, 2.2. Die obere Grafik zeigt hierbei die chromatische Phasen funktion 12 für die m-LED 3, die rotes Licht emittiert, die mittlere Grafik zeigt die Phasenfunktion 13 der Kollimationsop tik 6.1, 6.2 für die grünes Licht emittierende m-LED 3.2 und die untere Grafik die notwendige chromatische Phasenfunktion 14 der Kollimationsoptik 6.1, 6.2 für die blaues Licht emittierende m-LED 3.3.
In Figur 269 ist eine Ausführungsform dargestellt, für die die Kollimationsoptik 6 mithilfe einer Metalinse 15 realisiert wird. Eine derartige Metalinse 15 kann so ausgeführt werden, dass durch diese entweder ein refraktives optisches Element oder ein diffraktives optisches Element entsteht. Auf vorteilhafte Weise verfügen derartige Metalinsen 15 über wenigstens zwei beab- standet zueinander angeordnete Bereiche, die auf unterschied liche Weise strukturiert worden sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass in einem ersten Bereich der Metalinsen eine git terförmige Strukturierung vorgesehen ist, während der zweite Bereich einer derartigen Metalinse 15 eine zirkuläre Struktur aufweist. Von Vorteil ist es, wenn die Metalinse 15 zumindest bereichsweise eine binäre Struktur aufweist und/oder aus einem dielektrischen Material gefertigt ist. ein weiterer Aspekt auf der Figur 296 ergibt sich bei Berücksichtigung, dass die Säu lenstruktur periodisch oder quasiperiodisch angeordnet sein kann. Dadurch entsteht ein Bereich mit einer periodischen Va riation des Brechungsindex.
Figur 270 zeigt die Seitenansicht eines monolithischen Optochips, der die optoelektronische Leuchtvorrichtung 1 für ein erfindungsgemäß ausgeführtes Projektionsdisplay aufweist. Der Optochip verfügt über ein Siliziumsubstrat 9, auf dem sich die einzelnen Pixel 2 mit den darin vorgesehenen Subpixeln be finden. Um den Optochip mit der erforderlichen elektrischen Energie zu versorgen, verfügt dieser über einen Leistungsan schluss 11 sowie hierfür geeignete Leiterbahnen. Die Energie versorgung und Ansteuerung der einzelnen lichtemittierenden Pi xel 2 erfolgt mithilfe eines CMOS-Arrays 10. Die Lichtzeugung an den Subpixeln wird mithilfe von LEDs realisiert, wobei be vorzugt m-LEDs verwendet werden, die blaues oder ultraviolettes Licht emittieren, das mit Hilfe geeigneter Konverterelemente bzw. geeignetem Konvertermaterial in Licht mit der benötigten Farbe umgewandelt wird.
Auf der Oberfläche des Optochips befinden sich Pixel 2, in denen Subpixel 50, die jeweils rotes, grünes und blaues Licht emit tieren, angeordnet sind. Die einzelnen Subpixel 50 bilden hier bei jeweils ein Pixel 2 mit geringem Füllfaktor, sodass die einzelnen lichtemittierenden Flächen innerhalb eines Pixels 2 im Vergleich zu den Flächen, die kein Licht emittieren, nur einen Teil der Fläche des Pixels 2 einnehmen und derart ausrei chend zueinander beabstandet sind, dass ein optisches und elekt risches Übersprechen zwischen den einzelnen Subpixeln 50 und zwischen benachbarten Pixeln 50 zuverlässig verhindert oder zu mindest erheblich minimiert wird.
Den durch jeweils drei Subpixel 50 gebildeten Pixeln 2 ist jeweils eine in Figur 270 nicht im Einzelnen dargestellte Kol- limationsoptik zugeordnet, die eine Kollimierung der von den Subpixeln 3 emittierten Strahlung und Ortskorrektur bewirkt. Erfindungsgemäß erzeugt die Kollimationsoptik 6 Zwischenbilder der Subpixel 50, deren Größe der Größe eines Pixels 2 ent spricht. Zusätzlich ist die Kollimationsoptik derart auszufüh- ren, dass die unterschiedlichen Positionen und Größen der ein zelnen Subpixel im Zwischenbild kompensiert wird. Neben der in Figur 270 gezeigten Ausführungsform mit einem monolithischen Optochip ist es ebenfalls denkbar, unterschiedliche Chips, die jeweils ein oder eine Mehrzahl von Pixeln oder Subpixeln auf- weisen, auf einem gemeinsamen Substrat anzuordnen und elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt werden die Subpixel 50 der Pixel 2 durch LEDs gebildet, die Licht mit der jeweils benötigten Farbe, insbesondere rotes, grünes oder blaues Licht, emittieren. Grund sätzlich ist es hierbei denkbar, LEDs zu verwenden, die direkt Licht mit der gewünschten Farbe emittieren und/oder das von LEDs emittierte Licht, insbesondere blaues Licht, mithilfe geeigne ter Konverterelemente und Konvertermaterialien in Licht mit der benötigten Farbe konvertieren. Weiterhin ist denkbar, die Sub pixel 50 als Superlumineszenzdioden, VCSEL oder kantenemittie- rende Laser auszuführen. Ebenso ist es denkbar, die einzelnen Subpixel 50 durch Endstücke von Lichtwellenleitern, die Licht mit der entsprechenden Farbe leiten, auszuführen.
Neben der obigen Ausführung kann das unterschiedliche Auflö- sungsvermögen des Auges ebenso berücksichtigt werden, indem man Bilder unterschiedlicher Auflösung produziert und diese auf die Netzhaut eines Benutzers führt.
Wie bereits angesprochen ist im zentralen Bereich der Fovea überwiegen die Zapfen, wohingegen die Stäbchen („rods") über einen größeren Winkelbereich vorhanden sind. Ebenso überwiegt durch die erhöhte Zapfendichte (L-, S- und M-Zapfen) das bessere Farbsehen, da die drei verschiedenen Arten von Zapfen (L- oder auch Rot-, S- oder auch Grün- und M- oder auch Blau-Zapfen genannt) unterschiedliche Farbvalenzen registrieren. Zum Rand hin wird entsprechend der geringeren Zapfendichte zwar die Emp findlichkeit des Farbsehens geringer, gleichzeitig bleibt aber das Kontrastsehen mittels der Stäbchen, die noch bei geringer Lichtintensität aktiv sind und entsprechend für das Nachtsehen verantwortlich sind, über einen größeren Winkelbereich vorhan den. Figuren 1B und ID verdeutlichen diesen Zusammenhang. Ins gesamt bildet sich somit für das Auge ein radialsymmetrisches Sehmuster heraus. Eine hohe Auflösung eines Bildes für alle Grundfarben ist vor allem im Zentrum erforderlich. Am Rand kann es genügen, eine auf die spektrale Empfindlichkeit der Stäbchen angepassten Auflösung eines Bildes (max. Empfindlichkeit bei 498 nm, siehe Figur 1B) zu erzeugen.
Kleinen Bewegungen des Auges und eine Änderung der Blickrichtung oder des Fokus kann durch eine geeignete Optik und Tracking des Auges begegnet werden.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 der Figur 271 umfasst ein m-Display oder allgemeiner einen optoelektronischen Bildgeber 2 zur Erzeugung von mindestens einem ersten und einem zweiten Bild, sowie eine Abbildungsoptik 3. Die Abbildungsoptik 3 ist dazu ausgebildet, ein erstes Abbild des ersten Bildes mit einer ersten Auflösung auf einen ersten Bereich 4 einer Netzhaut 6 des Auges eines Benutzers zu projizieren und ein zweites Abbild des zweiten Bildes mit einer zweiten Auflösung auf einen ande ren, zweiten Bereich 5 der Netzhaut 6 zu projizieren, wobei sich die erste Auflösung von der zweiten Auflösung unterscheidet.
Die Abbildungsoptik 3 umfasst zu diesem Zweck eine Strahllen- kungseinrichtung 7, die einen beweglichen Spiegel 7a aufweist. Der Spiegel 7a lenkt bei entsprechender Positionierung Licht strahlen L4a des ersten Bildes zur Erzeugung des ersten Abbildes zum Beispiel auf den ersten Bereich 4a der Netzhaut 6 und nach einer Verstellung seiner Position die Lichtstrahlen L5a des zweiten Bildes zur Erzeugung des zweiten Abbildes zum Beispiel auf den zweiten Bereich 5a der Netzhaut. Im vorliegenden Fall ist der bewegliche Spiegel 7a um zwei Achsen kippbar, wodurch der auf der Netzhaut ausgeleuchtete Bereich sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung verstellt werden kann.
Weiterhin umfasst die Abbildungsoptik 3 eine Strahlformungsein richtung 8, welche die Lichtstrahlen des ersten und des zweiten Bildes auf den jeweiligen Bereich der Netzhaut fokussiert. Die Lichtstrahlen L4a des ersten Bildes werden dabei stärker fokus- siert als die Lichtstrahlen L5a des zweiten Bildes. Da sowohl das erste als auch das zweite Bild von lediglich einem Bildgeber 2 erzeugt werden, und dieser eine gewisse Gesamtzahl von Pixeln aufweist, wird die erste und die davon unterschied liche zweite Auflösung des ersten und zweiten Abbildes auf der Netzhaut 6 erst durch die unterschiedliche Fokussierung der Lichtstrahlen des ersten Bildes L4a und der Lichtstrahlen des zweiten Bildes L5a durch die Strahlformungseinrichtung 8 er zeugt. Die Auflösung des ersten und des zweiten Abbildes ergibt sich aus dem Verhältnis der Pixelanzahl des Bildgebers 2 und der Fläche der jeweiligen Abbildung auf dem ersten bzw. zweiten Bereich 4a, 5a der Netzhaut 6.
Da eine hohe Auflösung eines projizierten Bildes auf der Netz haut lediglich im Bereich des Zentrums 4 notwendig ist, liegt der erste Bereich 4a mit der ersten und höheren Auflösung näher am Zentrum der Netzhaut 6 als der zweite Bereich 5b mit der zweiten, niedrigeren Auflösung.
Bei einer weitestgehend rund anzunehmenden Netzhaut 6 eines Auges eines Benutzers der optoelektronischen Vorrichtung 1 be deutet näher am Zentrum im Wesentlichen, dass das Zentrum des ersten Bereichs 4a in radialer Richtung gesehen näher am Zentrum der Netzhaut 6 liegt als das Zentrum des zweiten Bereichs 5a. Dies bedeutet insbesondere, dass die Auflösung des ersten und zweiten Abbildes auf der Netzhaut 6 an die höhere Rezeptordichte im Zentrum der Netzhaut 6 angepasst ist.
Da die optoelektronische Vorrichtung 1 entsprechend der Ausfüh rungsvariante der Figur 271 lediglich einen Bildgeber 2 auf- weist, werden das erste Bild und zweite Bild und weitere Bilder zeitlich nacheinander auf dem Bildgeber dargestellt. Daraus ergibt sich, dass ein aus dem mindestens einen ersten und einem zweiten Abbild zusammengesetztes Gesamtbild, also eine Szene oder ein Frame auf der Netzhaut, durch ein abrasterndes Verfah- ren erzeugt wird. Der Benutzer nimmt dabei nur das Gesamtbild wahr aufgrund der schnellen Abfolge der einzelnen Bilder. Ab rastern bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auf die Bereiche der Netzhaut zeitlich nacheinander das erste und zweite Abbild und eventuell noch weitere, nachfolgende Abbilder projiziert werden, sodass innerhalb einer Szene die gesamte Fläche der Netzhaut im Wesentlichen komplett durch die Abbilder ausge leuchtet wird.
Ein Randbereich 5 der Netzhaut kann sich aus mehreren Bereichen (bspw. Bereich 5a) zusammensetzten, die mit Abbildern mit der selben Auflösung beleuchtet werden. Ebenso kann sich ein zent raler Bereich 4 aus mehreren Bereichen (bspw. Bereich 4a) zu sammensetzten, die mit Abbildern mit derselben höheren Auflö sung beleuchtet werden. Zwischen dem Randbereich 5 und dem zent- ralen Bereich 4 ist es weiterhin möglich, dass mindestens ein Zwischenbereich 10 ausgebildet ist, der sich aus mehreren Be reichen (bspw. 10a) zusammensetzt und mit Abbildern mit dersel ben Auflösung beleuchtet wird. Der Randbereich 5 und der min destens eine Zwischenbereich 10 bilden dabei weitestgehend je- weils einen Ring aus, der durch mehrere Abbilder ausgeleuchtet wird. Der zentrale Bereich 4 hingegen bildet weitestgehend einen Kreis aus, der ebenfalls durch mehrere Abbilder ausgeleuchtet wird. Beleuchtete Bereiche der Netzhaut können sich dabei über lappen. In bevorzugter Weise ist ein Überlappen der Bereiche jedoch möglichst gering. Beispielsweise überlappen sich weniger als 50% der Flächen der Bereiche, oder weniger als 25% der Fläche der Bereiche, oder weniger als 10% der Fläche der Berei che . Da die einzelnen Bilder so schnell hintereinander auf die Netz haut projiziert werden, ergibt sich, wie erwähnt, innerhalb einer Szene auf der Netzhaut ein aus den einzelnen Abbildern zusammengesetztes „Gesamtbild", das vom Auge als ein Bild wahr genommen wird. Typische Bildwiederholfrequenzen sind 60 oder 120 Hz und die Anzeigedauer pro Teilbild ergibt sich als Bruch teil eines Frames, wobei pro Frame 2 bis 100 Teilbilder, bevor zugt 5 bis 50 Teilbilder dargestellt werden. Optional ist es möglich eine zusätzliche Linse 9 zwischen dem Bildgeber 2 und dem beweglichen Spiegel 7a anzuordnen, um die vom Bildgeber ausgehenden Lichtstrahlen L zu bündeln und auf den beweglichen Spiegel 7a zu richten. Figur 272 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen der Strahlfor mungseinrichtung 8. Diese kann einerseits als klassische Linse mit gekrümmten Oberflächen oder als segmentierte Linse ausge bildet sein. Eine unterschiedliche Fokussierung des ersten und zweiten Abbildes mit einer klassischen Linse wird dadurch er- reicht, dass unter einem Lichteinfall mit kleinem Winkel zur optischen Achse eine stärkere Fokussierung erfolgt als bei Strahlen mit einem größeren Winkel zur optischen Achse.
Die segmentierte Linse hingegen besteht aus mehreren kleineren Linsen (Minilinsen-Array) , die unterschiedlich stark fokussie ren. Dabei sind nahe der optischen Achse des Systems Linsen 8a verbaut, die das Bild stark verkleinern, wohingegen weiter außen liegende Linsen 8b, 8c das Bild auf einen größeren Bereich der Netzhaut 6 projizieren. Die Strahlformungseinrichtung 8 kann als Alternative zu einer klassischen Linse auch als ein flaches optisches Element, beispielsweise als eine Metalinse, ausge staltet sein. Insbesondere für den Fall einer Segmentierung bietet das den Vorteil, dass einzelne Bereiche direkt angrenzend strukturiert werden können oder sanfte Übergänge zwischen Be- reichen unterschiedlicher Linseneigenschaften möglich sind. Für das Gesamtsystem kann die Verwendung von einem flachen optischen Element zur Strahlformung eine kompakte Bauweise ermöglichen.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 von Figur 273 unterscheidet sich von der optoelektronischen Vorrichtung 1 der Figur 271 insbesondere dahingehend, dass der bewegliche Spiegel 7a ledig lich um eine Achse kippbar ausgeführt ist. Weiterhin kann die Strahlformungseinrichtung 8 aus mehreren optischen Elementen, beispielsweise Linsen 8a, 8b mit unterschiedlichen Abbildungs- eigenschaften ausgebildet sein. Durch ein Kippen des bewegli chen Spiegels 7a wird sequentiell nacheinander das von dem Bild geber 2 erzeugte mindestens eine erste und zweite Bild auf die jeweiligen Bereiche der Netzhaut 6 projiziert. Die Bereiche ergeben sich dabei als konzentrische Kreise, die in deren Zent- rum überlappen. Für den Bildaufbau eines „Gesamtbildes" sind dabei unter anderem die folgenden zwei Optionen möglich:
Jeder Punkt der Netzhaut 6 wird nur von genau einem projizierten Bild beleuchtet. Mit anderen Worten heißt das, dass der Bild- geber bei N Bildern N-l-mal ein ringförmiges Bild mit dunklem zentralen Bereich erzeugt, welche auf die Netzhaut 6 projiziert werden .
Alternativ kann auch mindestens ein vom Bildgeber erzeugtes Bild auf die gesamte Netzhaut projiziert werden, wobei in radiale Richtung gesehen mindestens ein zweites Bild im Zentrum der Netzhaut mit einer höheren Fokussierung und damit höheren Auf lösung als das erste Abbild auf den zentralen Bereich der Netz haut 6 projiziert wird und dadurch die kumulierte Stimulation der mindestens zwei Abbilder einem gewünschten Sollwert ent spricht. Praktisch bedeutet dies, dass die für einen größeren Bereich der Netzhaut zutreffende Grundstimulation bei kleiner Vergrößerung entsteht und Details bei größerer Vergrößerungs einstellung durch zusätzliche Stimulation hervorgerufen werden. Der Bildinhalt wird dazu von der Elektronik eines Systems hin sichtlich der räumlichen Variation analysiert und in Teilbilder zerlegt, die den verschiedenen Vergrößerungsmaßstäben entspre chen . Die optoelektronische Vorrichtung 1 der Figur 274 unterscheidet sich von der optoelektronischen Vorrichtung der Figur 273 da hingehend, dass die Strahllenkungseinrichtung 7 keine bewegli chen Spiegel aufweist, sondern mindestens zwei feste Strahllen- kungselemente 7a/b umfasst. Außerdem umfasst die optoelektro nische Vorrichtung 1 mindestens zwei Bildgeber 2a, 2b, die zu mindest im Wesentlichen gleichzeitig ein erstes und ein zweites Bild erzeugen. Das erste Strahllenkungselement 7a lenkt die Lichtstrahlen L des ersten Bildes und das zweite Strahllen- kungselement 7b lenkt die Lichtstrahlen des zweiten Bildes in Richtung der Netzhaut 6. Durch eine entsprechend gewählte Aus führung der Strahllenkungselemente 7a/b werden die Abbilder des mindestens einen ersten und zweiten Bildes in unterschiedlicher Weise auf die Netzhaut 6 fokussiert und es ergibt sich eine unterschiedliche Auflösung der beiden Bereiche. Eine zusätzli che Strahlformungseinrichtung ist für dieses Ausführungsbei spiel nicht unbedingt notwendig.
Die Bereiche auf der Netzhaut 6 ergeben sich, wie auch schon für die Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung 1 der Figur 273, als konzentrische Kreise, die in deren Zentrum überlappen. Für den Bildaufbau eines „Gesamtbildes" sind dabei unter anderem die folgenden zwei Optionen möglich: Jeder Punkt der Netzhaut 6 wird nur von genau einem projizierten Bild beleuchtet. Bei N Bildgebern und entsprechend bei N gleich zeitig erzeugten Bildern wird von N-l Bildgebern ein ringför miges Bild mit dunklem zentralen Bereich erzeugt, welche auf die Netzhaut 6 projiziert werden.
Alternativ beleuchtet das von mindestens einem Bildgeber er zeugte Bild die gesamte Netzhaut, wobei in radiale Richtung gesehen mindestens ein von einem zweiten Bildgeber erzeugtes zweites Bild im Zentrum der Netzhaut mit einer höheren Fokus- sierung und damit höheren Auflösung als das erste Abbild auf den zentralen Bereich der Netzhaut 6 projiziert wird. Die ku mulierte Stimulation der mindestens zwei Abbilder kann einem gewünschten Sollwert entsprechen. Praktisch bedeutet dies, dass die für einen größeren Bereich der Netzhaut zutreffende Grund- Stimulation bei kleiner Vergrößerung entsteht und Details bei größerer Vergrößerungseinstellung durch zusätzliche Stimulation hervorgerufen werden. Der Bildinhalt wird dazu von der Elekt ronik eines Systems hinsichtlich der räumlichen Variation ana lysiert und in Teilbilder zerlegt, die den verschiedenen Ver- größerungsmaßstäben entsprechen.
Die mindestens zwei Strahllenkungselemente 7a/b können bei spielsweise aus festen Spiegeln gebildet sein oder Glasfasern aufweisen .
Durch diese Ausführungsform kann die Abbildungsoptik 3 im Ver gleich zu den Ausführungsformen der Figuren 271 und 273 deutlich einfacher gestaltet werden. Durch die Verwendung mehrerer Bild geber kann dennoch auf jedem Bereich der Netzhaut eine ange- passte Auflösung erzielt werden.
Die verschiedenen Ausgestaltungen einer Strahlführung wie in den Figuren 271 bis 274 dargestellt, können unter anderem mit den in dieser Anmeldung offenbarten unterschiedlichen m-Dis- plays und Anzeigevorrichtungen in beliebiger Weise kombiniert werden. Die Figuren 275 bis 276C zeigen hierzu verschiedene Ausgestaltungen. In Figur 275 ist die Lichtführungsanordnung 3 mit einem m-Display wie in der Ausgestaltung der Figur 90 ge zeigt kombiniert. Das m-Display 2 umfasst eine Vielzahl in Rei- hen und Spalten angeordnete Pixel, die jeweils ein Subpixel in Form einer m-LED umfassen. Die Subpixel 3a, 3b und 3c sind zur Abgabe und Emission verschiedenfarbigen Lichtes ausgeführt. Sie sind jeweils von einer reflektierenden Struktur umgeben, sodass seitlich austretendes Licht nach oben hinweg abgestrahlt wird. Zur Verbesserung der Direktionalität, d. h. einer gerichteten Abstrahlung ist auf dem m-Display und insbesondere über den einzelnen Pixeln eine lichtformende Struktur aufgebracht. Diese umfasst periodische Bereiche mit unterschiedlichem Brechungs index. Zu diesem Zweck ist ein transparentes Material 33 auf der Oberseite eines Pixels und einer jeden m-LED abgeschieden und darin sind periodische Löcher 34 geformt. Die sich ergebende Struktur bildet so einen 2-dimensionalen photonische Kristall, wobei über die Periodizität das von den m-LEDs abgestrahlte Licht gerichtet und nach oben hin in Form eines kombinierten Lichtbündels L abgestrahlt wird. Eine derartige Kollimation be sitzt den Vorteil, dass eine genauere Positionierung durch den Spiegel 7a und das Linsensystem 8 auf der Netzhaut eines Be trachters erreicht wird. Figur 276A zeigt diesbezüglich eine weitere Ausgestaltungsform. Bei dieser sind anstatt eines m-Displays mit darauf angeordneten m-LEDs mit unterschiedlicher Farbeemission drei verschiedene m- Displays vorgesehen. Jedes einzelne m-Display PI, P2 oder P3 weist eine Vielzahl einzelner in Reihen und Spalten angeordnete m-LEDs auf, die jeweils zur Abgabe einer bestimmten Farbe in dividuell angesteuert werden können. Die einzelnen m-Displays PI, P2 und P3 erzeugen so ein kombiniertes Lichtbündel, welches auf jeweils einen der Spiegel 7r, 7g und 7b fällt. Die Spiegel lenken das Lichtbündel um und führen es über ein Linsensystem Lr, Lg und Lb auf die Netzhaut eines Betrachters. Mit anderen Worten wird so das eigentliche farbige Bild nicht bereits auf dem m-Display erzeugt, sondern durch die 3 verschiedenen Spiegel erst auf der Netzhaut des Betrachters. Die einzelnen Farbinfor mationen liegen somit für jedes Pixel getrennt vor und werden erst auf der Netzhaut des Betrachters zusammengesetzt. Diese Ausgestaltung hat gegenüber einem m-Display mit den Subpixel einer jeden Farbe den Vorteil, dass die Anforderungen an die Größe einer jeden m-LED leicht reduziert sind. Demgegenüber besteht natürlich ein größerer Platzbedarf. Die einzelnen m-Displays PI, P2 und P3 sind in diesem Ausfüh rungsbeispiel durch 3 verschiedene Ausgestaltungsform reali siert. Es versteht sich jedoch von selbst, dass für jedes ein zelne m-Display auch nur eine Ausführungsform verwendet werden kann. Beispielsweise umfasst das m-Display PI für das rote Licht eine Vielzahl horizontaler Mikrorods, die auf der Oberfläche kontaktiert und individuell steuerbar sind. In dieser Ausge staltung sind die Mikrorods jeweils einfarbig, d. h. zur Abgabe von rotem Licht ausgebildet. Entsprechend könnten auch die wei teren Mikrodisplays P2 und P3 mit derartigen Mikrorods für die Abgabe von grünen bzw. blauem Licht ausgerüstet sein. Ein der artiges m-Display mit horizontal ausgerichteten Mikrorods un terschiedlicher Farbe ist in verschiedenen anderen Ausführungs formen bereits gezeigt und kann auch hier mit der dargestellten Lichtführung Anordnung realisiert werden.
In der Darstellung der Figur 276A ist weiterhin das m-Display P2 für das grüne Licht mit einer Antennenschlitzstruktur nach dem in dieser Anmeldung offenbarten vorgeschlagenen Konzept re alisiert. Die Antennenschlitzstruktur umfasst jeweils 2 paral lel angeordnete Antennenschlitze für jedes einzelne grüne Pi xel. Die parallele Anordnung ermöglicht zum einen eine höhere Intensität und erlaubt es auch eventuelle Defekte durch die redundante Anordnung jeweils zweier Antennenschlitze pro Pixel zu kompensieren. Zusätzlich ist wie dargestellt in dieser Aus führung das abgegebene grüne Licht aufgrund der parallelen An ordnung der Antennenschlitze linear polarisiert. Insofern würde sich eine derartige Antennenschlitzstruktur als m-Display für jede Farbe auch zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder auf der Netzhaut eines Benutzers eignen. In einem solchen Fall könnte beispielsweise die Antennenschlitzstruktur für die m-Displays des anderen Auges um 90° versetzt angeordnet sein. Das Linsen system Lb, Lg und Lr könnten eventuell schaltbare Polarisati onsfilter aufweisen. Eine dritte Ausführungsform eines möglichen m-Displays ist durch das m-Display P3 realisiert. Dieses umfasst eine Vielzahl in Reihe und Spalten angeordneter monolithisch integrierte Pixel jeweils einer Farbe. Alle hier gezeigten m-Displays können mit weiteren Maßnahmen zur Lichtkoordinierung und Lichtformung aus gerüstet sein. So sind beispielsweise photonische Strukturen der Oberfläche oder auch andere Lichtformen der Elemente wie Mikrolinsen denkbar. Ein weiteres Konzept basierend auf dem Ausführungsbeispiel der Figur 275 und einer m-LED Anordnung nach Figur 333 zeigt die Ausgestaltung der Figur 276B. Bei dieser sind jeweils 2 m- Displays 2a und 2b vorgesehen, die eine Vielzahl von monoli thisch integrierten m-LEDs enthalten. Jedes Subpixel ist dabei einzelnen an steuerbar. Wie in dem Ausführungsbeispiel zur Figur 275 erläutert, wird das von den m-Displays 2a und 2b abgegebene Licht durch die beiden Spiegelsysteme 7a und 7b entweder auf den zentralen Bereich des Auges der Fovea oder den dezentraler liegenden Bereich 5 abgelenkt. Entsprechend ergibt sich bei gleicher Ausgestaltung der m-Displays 2a und 2b ein im Bereich der Fovea 4 vorliegende höhere Auflösung als im zentralen Be reich 5 durch das m-Display 2b und das Spiegelsystem 7b.
Schließlich zeigt Figur 276C eine diesbezüglich andere Ausfüh- rungsform mit einem dichroitischen Würfel. Der dichroitischen Würfel umfasst 2 zueinander senkrecht stehende halbreflektie rende Flächen. Auf drei Seiten des dichroitischen Würfels ist jeweils ein m-Display einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten m-LEDs angeordnet. Jedes m-Display ist dabei zur Abgabe einer Farbe ausgeführt. In dem in Figur 276C gezeigten Beispiel, dient das untere m-Display zur Abgabe eines blauen Lichts, das rechte m-Display zur Abgabe eines grünen Lichtbün dels sowie das linke m-Display zur Abgabe von rotem Licht. Die jeweiligen roten und grünen Lichtbündel treffen. Dabei in einem Winkel auf die Flächen des dichroitischen Würfels werden dort auf ein Linsensystem abgelenkt. Hingegen sind die beiden Flächen des dichroitischen Würfels für das Blaulicht transparent, so- dass dieses direkt auf das Linsensystem auftrifft. Figur 277A und 277B zeigen zwei mögliche Ausführungsbeispiele von Strahlsystemen 11, die einer jeweiligen Abbildungsoptik 3 der Vorrichtung von Figur 271, 273 oder 274 nachgeordnet sein können. Das jeweilige Strahlsystem 11 kann somit zwischen der Abbildungsoptik 3 und dem Auge angeordnet sein.
Das Strahlsystem 11 der Figur 277A umfasst ein Objektivlinsen system 12a sowie ein Okularlinsensystem 12b, die aufeinander folgend im Strahlengang zwischen der Abbildungsoptik 3 und der Netzhaut 6 angeordnet sind, um die Lichtstrahlen L im Nachgang zur Abbildungsoptik 3 zur Netzhaut 6 zu lenken. Da sich der Strahlengang der Lichtstrahlen L im Strahlsystem 11 kreuzt, erzeugt das Objektivlinsensystem 12a ein auf dem Kopf stehendes und seitenverkehrtes reelles Zwischenbild 13 des projizierten Bildes. Mittels des Okularlinsensystems 12b (Prinzip der Lupe) wird dieses Zwischenbild 13 des projizierten Bildes vergrößert betrachtet .
Das Strahlsystem 11 der Figur 277B hingegen umfasst lediglich ein Linsensystem 12, welches im Strahlengang zwischen der Ab- bildungsoptik 3 und der Netzhaut 6 angeordnet ist, um die Licht strahlen L im Nachgang zur Abbildungsoptik 3 zur Netzhaut 6 zu lenken. Entsprechend wird in diesem Linsensystem 11 kein reelles Zwischenbild 13 des projizierten Bildes erzeugt, sondern das projizierte Bild lediglich vergrößert oder verkleinert betrach- tet .
In einer nicht dargestellten Variante könnte das jeweilige Strahlsystem 11 auch zwischen dem Bildgeber 2, 2a, 2b und der
Abbildungsoptik 3 angeordnet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Abbildungsoptik 3 in das Strahlsystem 11 integriert ist. In Bezug auf Figur 277A könnte die Abbildungsoptik 3 beispielsweise in der Ebene des Zwischen bilds 13 liegen. Es kann vorgesehen sein, dass ein in Figur 277A gezeigtes Linsenpaar des Linsensystems 12b, welches zumin dest im Wesentlichen die Vergrößerung definiert, räumlich seg mentiert (oder zumindest eine der beiden Linsen) ausgebildet ist, und dass die Abbildungsoptik 3 zwischen den räumlich ge trennten Segmenten einer Linse liegt. Die Abbildungsoptik 3 kann alternativ auch zwischen den beiden gezeigten Linsen des Lin senpaars liegen.
Auch in der Variante gemäß Figur 277B könnte das gezeigte Lin senpaar des Linsensystems 12 die Abbildungsoptik 3 umfassen, entweder als zusätzliches Element dazwischen oder als Modifi kation einer oder beider Linsen des Linsenpaars .
Eine alternative Ausgestaltung, Bilder auf oder in das Auge eines Nutzers zu transferieren wird durch ein Lichtfelddisplay erreicht, welches ein Bild innerhalb des Auges durch eine di rekte Netzhautprojektion erzeugt. Figur 278 zeigt eine erste Ausführung eines Lichtfelddisplays 1 nach einigen der hier vor gestellten Prinzipien, das nachfolgend für die einem Benutzer auge zugeordneten Komponenten erläutert wird. Eine im Einzelnen nicht gezeigt Binokularoptik weist entsprechend eine symmetri sche Doppelanordnung der skizzierten Komponenten auf.
Dargestellt in Figur 278 ist eine Optoelektronikvorrichtung 2 und ein Optikmodul 4, die eine Netzhautprojektion 5 eines Ras- terbilds 3 in einem Benutzerauge 6 erzeugen. Dabei umfasst die Optoelektronikvorrichtung 2 eine erste bildgebende Einheit 10 mit einem ersten m-Display 12 und eine zweite bildgebende Ein heit 11 mit einem zweiten m-Display 13. Beide m-Displays sind als m-LED Array mit einer Vielzahl von m-LEDs in Reihen du spalten ausgebildet. Die m-LED sind als Pixel organisiert, wobei jedes Pixel drei Subpixel unterschiedlicher Farbe aufweist. Mit andere Worten jede m-LED zur Emission einer Farbe ausgeführt und einzeln adressierbar und ansteuerbar. Das Optikmodul 4 weist für das gezeigte Ausführungsbeispiel eine Kollimationsoptik 14 und eine Projektionsoptik 17 mit einer Freiformlinse 18 auf, die ein erstes Rasterteilbild 8 der ersten bildgebende Einheit 10 auf der Netzhaut 19 des Benutzerauges 6 erzeugen. Dabei ist das erste Rasterteilbild 8 großflächig an- gelegt.
Zur Abbildung der zweiten bildgebenden Einheit 11 liegt im Op tikmodul 4 eine Verstelloptik 15 vor, die für das vorliegende Ausführungsbeispiel innerhalb der Kollimationsoptik 14 angeord- net ist. Für weitere im Einzelnen nicht gezeigte Ausgestal tungsvarianten kann die Verstelloptik 15 zwischen der Kollima tionsoptik 14 und der Projektionsoptik 17 oder wenigstens zum Teil in einem Wellenleiter 16 der Projektionsoptik 17 vorliegen. Das zweite Rasterteilbild 9 der zweiten bildgebenden Einheit 11 wird auf einen lokalen Bereich der Netzhaut 19 mit der Fovea centralis 7 projiziert, in dem aufgrund der hohen Flächendichte der Sehzellen, die ausschließlich als Zapfen für das fotoopti sche Sehen ausgebildet sind, die präziseste optische Wahrneh- mung erzielbar ist. Dabei wird für das zweite Rasterteilbild 9 eine höhere Auflösung als für das erste Rasterteilbild 8 ge wählt .
Figur IC zeigt die unterschiedliche Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Auges anhand eines Schaubilds der Winkelauflösung A relativ zur Winkelabweichung oc von der optischen Achse des Auges. Die höchste Winkelauflösung A liegt in einem Bereich der Fovea centralis 7 mit einem Durchmesser von 1,5 mm auf der Netzhaut 19, welche einen Winkel von ca. +/- 2,5° um die Mitte (0°) abdeckt. Bei ca. -15° existiert zudem der blinde Fleck 22 auf der Netzhaut 19. Zusätzlich verdeutlicht Figur IC die lokale Begrenzung des zweiten Projektionsbereichs 21 des erfindungs gemäßen Lichtfelddisplays 1 für das hochaufgelöste zweite Ras terteilbild 9 und den größerflächigen ersten Projektionsbereich 20.1, 20.2 für das erste Rasterteilbild 8 mit einer niedrigeren
Auflösung .
Figur 279 stellt das Zusammensetzen des ersten Rasterteilbilds 8 und des zweiten Rasterteilbilds 9 zu dem auf die Netzhaut 19 projizierten Rasterbild 3 dar. Für das erste Rasterteilbild 8 ist ein aktiviertes und mit einer durchgezogenen Linie darge stelltes erstes Pixelbild 24.1 mit einer relativ niedrigen Auf lösung skizziert. Zusätzlich sind zwei nicht aktivierte und gestrichelt dargestellte erste Pixelbilder 24.2, 24.3 des ers- ten Rasterteilbilds 8 gezeigt, wobei die Darstellung in diesen der Fovea centralis 7 zugeordneten Bereichen durch eine Anord nung zweiter Pixelbilder 25.1, 25.2 ersetzt wird, die Teil des höher aufgelösten zweiten Rasterteilbilds 9 sind. Um einen Über lappungsbereich der beiden Rasterteilbilder 8, 9 möglichst klein zu halten, können für die dargestellte vorteilhafte Ausführung auch einzelne zweite Pixelbilder 25.3 durch eine entsprechende Ansteuerung der zweiten bildgebende Einheit 11 abgeschaltet werden . Aus Figur 280 ist ersichtlich, dass die Konturen der Pixelbilder von der Rechteckform abweichen können. Gezeigt ist eine sechs eckige Ausführung der zweiten Pixelbilder 25.4 - 25.10, die eine hohe Flächendichte ermöglicht. Techniken derartige m-LED zu fertigen sind in dieser Anmeldung offenbart.
Figuren 281A und 281B zeigen eine mögliche Ausführung der Ver stelloptik 15.1, 15.2 mit deren Hilfe die Relativlage der Netz hautprojektion 5 des zweiten Rasterteilbilds 9 gegenüber der Netzhautprojektion 5 des ersten Rasterteilbilds 8 einstellbar ist. Dargestellt ist eine Ausführung mit einem schaltbaren Bragg-Gitter 26, das ein holografisch hergestelltes Muster 27 mit Flüssigkristallbereichen 28.1 - 28. n in einer Polymermatrix 29 aufweist. Dabei sind in Figur 281A der Zustand mit einem in eine erste Richtung orientierten elektrischen Feld und einem nicht abgelenkten Strahlengang 30.1 und in Figur 281B der Zu stand mit einem in eine zweite, zur ersten Richtung senkrecht orientierten elektrischen Feld und einem daraus resultierenden, abgelenkten Strahlengang 30.2 gezeigt. Eine Ausführungsalternative der Verstelloptik 15.2 mit einer verstellbaren Alvarez-Linsenanordnung 31 ist in Figur 282 dar gestellt. Diese weist eine Doppelanordnung mit jeweils einem Oberflächenrelief aufweisenden Phasenplatten auf, die zur Strahlanpassung in x- und y-Richtung relativ zueinander bewegt werden können. Eine Sonderform der Verstelloptik 15.3 mit dreh baren Alvarez-Linsen, die als Moire-Linsenanordnung 32 bezeich net wird, ist in Figur 283 dargestellt.
Figur 284 zeigt eine Weitergestaltung des vorgeschlagenen Licht- felddisplays 1 mit einer Messeinrichtung 34 zur Bestimmung der Lage der Fovea centralis. Hierzu wird mittels einer IR-Beleuch- tungseinrichtung 33 ein Benutzerauge 6 ausgeleuchtet und ein Bild der Netzhaut 19 aufgenommen. Für das dargestellte Ausfüh rungsbeispiel erfolgt die Nachführung des zweiten Rasterteil- bilds 9 (vgl. Figur 278) dynamisch, sodass die Messeinrichtung 34 Teil einer Augenbewegungsdetektionseinrichtung 35 ist, mit der der Blickrichtung des Benutzers gefolgt werden kann. Durch eine mit der Augenbewegungsdetektionseinrichtung 35 verbundene Regelungseinrichtung 36 wird die Verstelloptik 15 so angesteu- ert, dass das zweite Rasterteilbild 9 der zweiten bildgebende Einheit 10 im Bereich der Fovea centralis gehalten wird, während das erste Rasterteilbild 8 der ersten bildgebende Einheit 11 im Verhältnis zur Optoelektronikvorrichtung 2 ortsfest bleibt. Zu- sätzlich ist die Regelungseinrichtung 36 mit einer Prädiktions einrichtung 37 verbunden, in der ein durch die dargestellten Bilddaten D gespeistes Modell der Augenbewegung berechnet wird. Neben den hiervorgestellten Konzepten zur Herstellung und Struk turierung von m-LEDs und m-Displays oder Modulen, soll im Fol genden ein spezielles Konzept eines solchen Moduls in Form eine bildgebendes Element mit einer variablen Pixeldichte vorge stellt werden.
Dabei machen sich die Erfinder die Tatsache zu Nutze, dass das menschliche Auge in seinem vollständigen Sehbereich nicht über all gleich gut sieht, sowohl bezogen auf die Farbwahrnehmung als auch auf die räumliche Auflösung. Somit muss ein bildgeben- des Element nur eine so gute Auflösung haben, wie für die je weiligen Bereiche im Auge erforderlich ist.
Figur 285 zeigt Beispiele eines linear abbildenden Pixelarrays, umfassend eine einzelne Zeile aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter m-LEDs, bzw. eines monolithischen LED-Arrays bei dem Pixel im pm-Bereich individuell angesteuert werden können. Die Zeile umfasst einen Anfangspunkt A, an den sich die einzel nen Pixel P der Zeile entlang der Achse X anschließen. Diese Pixel sind optoelektronische Bauelemente, die als m-LED entlang der Zeile gesetzt oder als monolithisch integriertes Bauteil, eventuell auch segmentweise vorliegen. Jedes Pixel hat dabei eine festen Höhe h, aber variablen Breite 1 und umfasst wenigs tens ein lichtgebendes Element, beispielsweise eine m-LED. Die Pixel sind mittig um die Achse X angeordnet, und die Pixel mit der geringsten Breite sind dem Anfangspunkt A am nächsten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verbreitern sich die Pixel mit einer fest vorgegebenen Funktion, beispielsweise einer li nearen Funktion. Die Anzahl der Pixel in der Zeile entspricht der Auflösung des darzustellenden Displays. In anderen Ausge- staltungen kann die Verbreiterung in der Breite 1 dem Verlauf der Sensitivität der Stäbchen und Zapfen des Auges. Dadurch weisen einige benachbarte Pixel die gleiche Breite auf, andere besitzen eine unterschiedliche Breite. Eine andere Möglichkeit ist eine gruppenweise Verbreiterung, d.h. eine Anzahl Pixel entlang der Achse weisen die gleiche Breite bzw. Dimension auf, eine daran anschließende zweite Gruppe hat eine größere Breite. Letztere Weise kann gruppen- bzw. segmentweise als monolithi sches Bauteil realisiert werden. In dem zweiten Beispiel vergrößern sich die Pixel sowohl in ihrer Breite 1 als auch ihrer Höhe h mit zunehmenden Abstand vom Anfangspunkt. Die Änderung ist so gewählt, dass sich durch eine geeignete Rotation durch eine Optik ein Seheindruck ergibt, bei dem die Pixel jeweils auf Kreispunkten liegen, ohne dass Zwischenräume auftreten. Die Anzahl der Pixel in der Zeile kann im Bereich von einigen Hundert Pixel liegen, dabei jedoch ge ringer sein, als eine HD Auflösung von 1980 Pixelpunkten pro Zeile . In einem Beispiel sind ca. 150 Pixel mit der geringsten Breite vom Anfangspunkt aus in einer Zeile angeordnet. Die Breite kann beispielsweise 5 pm betragen. Dann folgt eine weitere Gruppe mit 150 Pixeln und einer Pixelgröße von 10 pm. Zwei weitere Gruppen mit Pixelgrößen von 20 pm und 30 pm und einer Anzahl von 100 Pixeln, bzw. 50 Pixeln schließen sich an. Es ergibt sich eine Gesamtlänge der Zeile von ca. 5750 pm. Jedoch ist bei annähernd gleicher effektiver Sehauflösung für das Auge die Anzahl der Pixel mit 500 deutlich reduziert, was zu einer ein facheren und kostengünstigeren Herstellung führt.
In diesem Zusammenhang sei betont, dass die Breite zwischen benachbarten Pixeln nicht immer unterschiedlich ist, sondern auch gleich sein kann, ebenso kann vereinzelt ein Pixel eine kleinere Dimension aufweisen als ein benachbartes und zum An- fangspunkt näheres Pixel. Jedoch bedeutet der Ausdruck einer „vom Anfangspunkt hinweg im Wesentlichen zunehmenden Breite", dass die Breite der Pixel über eine größere Anzahl von Pixeln hinweg mit größer werdendem Abstand zunimmt. Die Breite und ggf. auch die Höhe nimmt daher grundsätzlich für Pixel mit einem größeren Abstand vom Anfangspunkt ebenso zu, auch wenn verein zelt Pixels mit benachbarten Pixels die gleiche Dimension auf weisen können. Somit fällt auch die oben angeführte Ausführung einer segmentweisen Verbreiterung unter den oben bezeichneten Ausdruck .
Mittels einer abbildenden Optik kann nun durch eine Rotation des Pixelarrays um den Anfangspunkt ein Bild erzeugt werden. Dazu wird nicht das Pixelarray selbst rotiert, sondern mit einer abbildenden Optik der durch das Pixelarray erzeugte Lichtstrei- fen in festen Perioden versetzt, so dass sich der Eindruck einer Rotation um den Anfangspunkt ergibt. Erfolgt dieser Versatz schnell genug, ergibt sich aufgrund der Trägheit der visuellen Verarbeitung der Eindruck eines Bildes . Die Anzahl der einzelnen Schritte kann dabei von der Höhe der einzelnen Bildpunkte ab- hängig sein, muss aber nicht. Je nach Bild kann die Periode auch so gewählt sein, dass sich ein gewisser Überlappungsbereich gerade im Bereich hoher Auflösung des Auges ergibt.
Figur 286 zeigt eine derartige Rotation in schematischer Dar- Stellung. Im Gegensatz zu der Pixelzeile in Figur 285 wird hier zudem die Höhe eines jeden Pixels variiert und die Höhe der Pixel wächst mit zunehmenden Abstand vom Anfangspunkt. Dies kann auf zwei Arten bewirkt werden. Zum einen kann tatsächlich die Höhe der Pixel verändert werden. Eine andere Realisierung liegt in der Platzierung einer Blende über der Pixelzeile, so dass sich die Öffnung der Blende verbreitert. Jedes Pixel gleicht somit eher einem Trapez als einem Quadrat oder Rechteck. Dadurch bleibt bei einer Rotation der Pixelzeile um den Anfangspunkt die Schrittweite für jedes Pixel im Wesentlichen konstant und die „rotierten" Pixel liegen „nebeneinander". Die Höhe eines Pixels kann annähernd bestimmt werden durch Hpixel >= 2 d/n wobei d der Abstand vom Anfangspunkt zum Pixel darstellt und n die Anzahl der Schritte für eine Rotation um 360°. Sofern die Höhe der Pixel größer gewählt ist, ergibt sich während der Rotation ein Überlapp zwischen Pixeln.
Figur 287 zeigt eine weitere Ausführung, bei der das Pixelarray entlang der Achse X symmetrisch um einen Mittelpunkt angeordnet ist, der den Anfangspunkt A darstellt. Der Vorteil dieser An- Ordnung ist, dass die abbildende Optik das Array lediglich um 180° rotieren muss, um ein vollständiges Bild zu erzeugen.
Figur 288 zeigt eine Ausgestaltung einer Pixelmatrix mit zwei aufeinander senkrecht angeordneten Pixelarrays . Die beiden Pi- xelarrays haben einen gemeinsamen Mittelpunkt, um den herum die Pixeldichte am größten ist, d.h. die Pixel die kleinste Größe aufweisen. Im Betrieb erzeugen die beiden Pixelarrays ein Licht kreuz entlang der Achsen X und X2, welches durch eine nachge schaltete Optik zur Erzeugung eins vollständigen Bildes rotiert werden kann. Durch die Anordnung mit zwei, oder in alternativen Ausführungen auch mehreren Pixelarrays kann die Optik einfacher ausgestaltet sein. Im hier gezeigten Beispiel ist die Optik ausgeführt, das erzeugte Lichtkreuz um lediglich 90° zu rotie ren, insofern ist die Pixelmatrix daher rotationssymmetrisch um 90°.
Figur 289 zeigt einen weiteren Aspekt, der die Farbwahrnehmung des Auges betrifft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere übereinander angeordnete Zeilen mit Subpixeln unter- schiedlicher Farben angeordnet. Eine spalte aus Subpixeln der Farben bilden so ein Pixel. Die Subpixel eines jeden Pixel einer jeden Zeile sind beispielsweise in den unterschiedlichen Grund farben R(ot), G(rün) und B(lau) ausgebildet. Die Zeilen der verschiedenen Farben sind in einer Reihe „übereinander" entlang der Achse angeordnet. Beispielsweise befindet sich die mittlere grüne Zeile G mittig auf der Achse X der Zeile, eine rote Zeile R und eine blaue Zeile B sind benachbart zur ersten Zeile mit den grünen Subpixel G auf beiden Seiten der Achse angeordnet. Im Beispiel ist die Anordnung und insbesondere die Pixeldichte für jede Zeile die gleiche.
Figur 290 zeigt hierzu eine alternative Ausführung, bei der Pixel P mit ihren Subpixeln verschiedener Farbe in einer ein zelnen Zeile angeordnet sind. Die Pixelzeile ist symmetrisch um den Anfangspunkt A angeordnet. Im Beispiel weisen die Subpixel eines jeden Pixel P zwar unterschiedliche Farbe aber die gleiche Breite auf. Die Breite zwischen den Pixel nimmt stetig zu. Die Pixel in der Zeile, die weiter außen liegen, d.h. einen größeren Abstand zum Punkt A aufweisen, sind ebenfalls mit größerer Breite ausgebildet. Alternativ kann zusätzlich auch berücksich tigt werden, dass die Stäbchen und Zapfen im Auge jedoch auch eine unterschiedliche relative Farbempfindlichkeit bei gleichem Winkel vom Sehzentrum aufweisen. Um dies auszugleichen sind in einer alternativen Ausgestaltung die Subpixel unterschiedlicher Farbe auch unterschiedlich breit, d.h. mit unterschiedlichen Dimensionen ausgeführt. Bei gleichbleibendem Strom durch die Pixel ergibt sich eine unterschiedliche Helligkeit der Farbe, so dass sich für den Benutzer der Eindruck gleich heller Farben an dem jeweiligen Ort ergibt.
Figur 291A zeigt eine weitere Ausgestaltung in Querschnittsdar stellung einer Pixelzeile nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die oberhalb der Pixelzeile angeordnete Spiegelvorrichtung ist in 2 Achsen drehbar und kann so ein für den Benutzer kreisförmiges Bild mit unterschiedlicher Auflösung erzeugen, wie dies bereits in dieser Anmeldung vorgestellt ist. Die Pixelzeile selbst ist auf einem Trägersubstrat 20 angeordnet, welches verschiedene Kontaktbereichen KB und K umfasst. Das Substrat 20 umfasst neben den Kontaktbereichen KB und K auch noch eine Ansteuerungselekt- ronik, Treiberschaltungen, und Spannungsversorgung zur elektri schen Versorgung der Pixelzeile und der einzelnen m-LEDs . Die Kontaktbereiche KB sind je nach Größe des darüber angeordneten Pixels der Pixelzeile unterschiedlich ausgeführt. Dadurch wird eine Positionierung und eine Kontaktierung der jeweiligen m- LEDs eines Pixels P der Pixelzeile vereinfacht. In diese Aus führungsform ist ein Pixel P aus jeweils 3 Subpixeln R, G und B mit jeweils einer m-LED aufgebaut. Ein zentrales Subpixel mit einer der Farbe blau B ist rotationssymmetrisch um die Achse A angeordnet. Es besitzt gegenüber den benachbarten grünen und roten Subpixeln G und R die doppelte Ausdehnung.
Wie dargestellt weisen die Pixel P sowie die zugehörigen Sub pixel R, G und B und die m-LEDs mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse A eine steigende Größe auf. So sind beispiels weise die m-LEDs der Subpixel B, G2 und R der außen liegenden Pixel P deutlich größer ausgeführt als die m-LEDs, der um die zentrale Achse A benachbarten Pixel. Zusätzlich weisen die m- LEDs der grünen Subpixel Gl und G2 bei zunehmendem Abstand von der Rotationsachse A eine gegenüber den anderen m-LEDs des glei chen Pixels größere Abmessungen auf. Dies ist zweckmäßig, da das Auge auf die grüne Farbe sensitiver reagiert und somit auch im Bereich des peripheren Sehens die grüne Farbe dominiert. Die dargestellten m-LEDs sind als vertikale m-LEDs ausgeführt. Dazu besitzen sie einen gemeinsamen Anschlusskontakt auf der dem Substrat 20 abgewandten Seite, welches nach außen hin mit den Kontakten K elektrisch verbunden ist. Auf der Oberseite dieser transparenten Deckelektrode ist eine lichtformende Struktur in Form eines photonischen Kristalls mit den Bereichen 33 und 34 aufgebracht. Die Bereiche 33 und 34 erzeugen eine Variation des Brechungsindex und bewirken somit eine Kollimie- rung des von den m-LEDs abgegebenen Lichts. Die nach diesem Konzept vorgeschlagene Pixelzeile kann mit m- LEDs unterschiedlicher Bauform und Ausgestaltung realisiert sein. Figur 291B zeigt hierfür eine Ausgestaltung, bei der die einzelnen Subpixel eines jeden Pixels mittels m-LEDs in soge- nannter Barrenform realisiert sind. Dabei ist ein Konverterma terial zwischen einem Paar von m-LEDs angeordnet. In größerer Entfernung des zentralen Subpixel mit der Farbe blau B werden, die eine grüne Farbe emittieren m-LEDs größer ausgeführt. Dieser Aspekt berücksichtigt die bereits erwähnte erhöhte Sensitivität des menschlichen Auges im grünen Bereich.
Eine andere Ausgestaltung zeigt Figur 291C. Hierbei ist für jedes einzelne Subpixel einer Farbe eine Matrix aus 2x2 m-LEDs vorgesehen, die elektrisch voneinander getrennt aber optisch verbindend ausgeführt sind. Dadurch können 2 wesentliche Aspekte realisiert sein. Zum einen erlaubt diese Ausgestaltung defekte m-LEDs auszusondern und durch funktionierende m-LEDs zu erset zen. Dies ist beispielsweise im rechten Bereich in der unteren Zeile bei einem roten Subpixel gezeigt, welches wie dargestellt als defekt markiert ist. Die markierte defekte rote m-LED ist durch eine andere m-LED in dem roten Subpixel ersetzt. Zusätz lich weiter außerhalb, kann durch Zuschalten von weiteren m- LEDs in dem jeweiligen Subpixel eine andere Intensität und Ab strahlcharakteristik erreicht werden. Dies ist durch die m-LEDs des der grünen Subpixel Gl und G2 angedeutet.
Die in der Figur 291C gezeigte Struktur umfasst für jedes Sub pixel 4 m-LEDs, von denen einige als redundante m-LEDs ausge bildet sein können. In einer anderen Ausgestaltung kann die Matrix auch eine 2x1 Matrix sein, und nur eine einzelne Zeile mit jeweils 2 m-LEDs pro Pixel aufweisen. Dem geringer werdenden Auflösungsvermögen des Auges außerhalb eines Bereichs der Fovea durch eine Vergrößerung der m-LEDs Rechnung getragen werden. Figur 291D zeigt die Querschnittsdarstellung durch die in Drauf sicht gezeigte Pixelstruktur der Figur 291. die Ausgestaltung dieser Mikro-LEDs mit optisch und elektrischen Brennelementen 16 sowie elektrischen Brennelementen 20 ist in dieser Anmeldung bereits in dem Ausführungsbeispiel der Figur 133 der erläutert
Die beiden Ausführungsbeispiele in Figur 292A und 292B berück sichtigen schließlich, dass die Sensitivität des Auges, Farben zu erkennen ebenfalls abhängig vom Sehwinkel bzw. von der Ent- fernung zum Zentrum der Fovea ist. Die Abhängigkeit der Sensi tivität kommt dadurch zum Ausdruck, dass weiter außerhalb, d.h. mit größerem Abstand vom Zentrum, das Auge nicht mehr so viele Zapfen aufweist, die auf die Farben rot und blau reagieren. Hier überwiegen die Stäbchen für die Farbe Grün. Entsprechend wird für die beiden Ausführungsformen eine variable, d.h. unter schiedliche Dichte für die jeweiligen Pixel bzw. Subpixel grüner Farbe vorgeschlagen. Während nahe des Anfangspunkts A die Sub pixel unterschiedlicher Farbe in den drei Zeilen im Wesentlichen gleich verteilt sind, überwiegt mit zunehmenden Abstand die Zeile mit den Pixeln für die Farbe Grün.
In Figur 292A wird die größere Anzahl von Pixeln der Farbe Grün dadurch erreicht, dass die erste Zeile mit den grünen Subpixel mittig entlang der Achse X gesetzt wird und dabei im Wesentli- chen alle Pixelpositionen besetzt sind. Die beiden anderen Zei len R, B mit den roten bzw. blauen Pixeln sind oberhalb und unterhalb der ersten Zeile angeordnet. Nahe des zentralen An fangspunktes A sind die Pixelpositionen in allen drei Zeilen besetzt. Mit zunehmenden Abstand sind jedoch nicht mehr alle Positionen in der zweiten Zeile R und der dritten Zeile B be setzt, d.h. einige Positionen für die roten und blauen Pixel bleiben unbesetzt, die Besetzungsdichte der zweiten und dritten Zeile nimmt gegenüber der ersten Zeile ab. Dadurch ergibt sich eine geringere Anzahl roter und blauer Pixel gegenüber den grü nen Pixel. Mit anderen Worten ist die zweite und dritte Zeile somit „kürzer" als die erste Zeile. In der alternativen Ausgestaltung der Figur 292B sind die Pixel unterschiedlicher Farbe ähnlich der Ausführung der Figur 290 entlang der Achse X angeordnet. Nahe dem Anfangspunkt sind auch hier die Pixel der Zeilen R, G und B gleich verteilt. Mit zunehmenden Abstand nimmt die Besetzungsdichte der Pixelzeilen R und B ab, so dass die Pixel der Farbe Grün in Zeile G über wiegen. In größeren Abstanden vom Anfangspunkt A überwiegt dann die Pixelzeile G mit der grünen Grundfarbe.
Es sei an dieser Stelle explizit erwähnt, dass die unterschied- liehen Aspekte und Beispiele auch miteinander kombinierbar sind, um eine gewünschte und für die jeweilige Anwendung sinnvolle Anordnung zu schaffen. Dies betrifft auch, aber nicht nur die Kombination aus Zeilen und Pixeln in den jeweiligen Zeilen, d.h. Kombination die sich auf die räumliche Auflösung und die Farb- sensitivität beziehen.
Figur 293 zeigt eine weitere Ausführung einer Pixelmatrix, bei der drei Zeilen R, G, und B mit Pixeln unterschiedlicher Farbe zueinander versetzt angeordnet sind. Die drei Zeilen haben einen gemeinsamen Mittelpunkt A, und der Winkel zwischen einzelnen benachbarten Zeilen beträgt 60°. Jede Zeile R, G, und B hat Pixel der gleichen Farbe. Zudem sind die Breiten der einzelnen Pixel einer jeden Zeile unterschiedlich (hier nicht darge stellt), um der unterschiedlichen Sensitivität Rechnung zu tra- gen. Die versetzte Anordnung macht die Realisierung einfacher, da die m-LEDs jeder Zeile unabhängig von den m-LEDs anderer Zeilen gefertigt werden kann. Durch eine Rotation des entste henden Bildes mittels einer Optik um 180° wird ein annähernd kreisrundes farbiges Bild erzeugt. Zusätzlich zu dieser Anord- nung fällt auf das die Zeilen unterschiedlich „lang" sind. Zudem ist die Pixeldichte der einzelnen Zeilen unterschiedlicher Farbe ebenso unterschiedlich. Die Zeile mit der grünen Farbe hat die höchste Pixeldichte, da das Auge hierauf am empfindlichsten reagiert. In den äußeren Bereich ist die Pixelbreite der Zeilen R und B vergrößert, d.h. die räumliche Auflösung ist dort ver ringert. Zudem sind die Zeilen R und B etwas kürzer da nahe dem maximalen Abstand die Farbsensitivität des Auges so stark ver ringert ist, das rote bzw. blaue Farben nicht mehr wahrgenommen werden .
Figur 294 zeigt schematisch eine Ausführung einer Abbildungsop tik um ein bildgebendes Element mit einer variablen Pixeldichte in ein virtuelles Bild zu wandeln. Das bildgebende Element ist eine einzelne Pixelzeile mit verschiedenen Subpixeln, die zur Abgabe einer Farbe ausgebildet sind. Neben dieser Pixelzeile können auch andere hier offenbarten bildgebende Elemente vor gesehen werden. Das virtuelle Bild entsteht durch eine schnelle Rotation des vom Pixelarray mit mehreren Pixeln abgegebenen Lichtes in dem Auge des Benutzers. Im Besonderen erzeugt das Pixelarray einen Lichtstreifen, der einer Bildzeile in Polar koordinaten entspricht. Das Licht wird von einer ersten Linse LI gebündelt und auf einen ersten Spiegel S1 gelenkt. Der erste Spiegel S1 ist um zwei zueinander senkrechte Achsen verkippbar, er kann somit den Lichtstreifen um diese beiden Achsen umlenken.
Das von dem ersten Spiegel abgelenkte Licht wird über eine weitere Linse L2 auf einen zweiten Spiegel S2 gelenkt. Auch dieser zweite Spiegel ist um zwei aufeinander senkrecht ange ordnete Achsen verkippbar. Diese Funktionalität ist in der Figur beispielhaft durch die beiden Pfeile angedeutet. Eine dritte Linse L3 fokussiert den erzeugten Lichtstreifen auf das Auge des Benutzers. Durch eine leichte periodische Verkippung der Spiegel S1 und S2 wird der Lichtstreifen nun rotiert. Die Ver kippung kann mit MEMS- oder piezoelektrischen Elementen reali siert werden. Mit jeder Rotation wird ebenso die an der neuen Position gewünschte Bild- und Farbinformation von dem Pixelarray PA abgestrahlt. Durch die Trägheit des Auges entsteht bei einer ausreichend schnellen Rotation der Eindruck eines zirkularen Bildes . Der Rotationspunkt im Bild Bi wird beispielsweise in den Fokuspunkt oder Blickrichtung des Auges gelegt. Eine Ände rung der Blickrichtung kann durch Eye-Tracking Maßnahmen erfasst werden. Die Spiegel S1 und S2 können dann den Rotationspukt nachziehen und das Bild so ablenken, dass der Rotationspunkt wieder im Fokus des Auges liegt.
Jeder der drei Linsen kann optional sein. Ebenso können andere Maßnahmen als Linsen oder Spiegel bzw. andere Kombinationen von derartigen Optiken vorgesehen sein, um den gewünschten Effekt zu erzeugen.
Für Displays erfolgt eine Ansteuerung eines jeden Pixels indi viduell und getrennt von einem zweiten Pixel, um die entspre chende Flexibilität zur Verfügung zu stellen, um jede Art von Information zu visualisieren . Einfach gesprochen erfordert es, eine Matrix von 1920x1080 Pixeln wie in konventionellen TVs oder Monitoren mit näherungsweise 2 Millionen Pixel getrennt anzu steuern. Abgesehen von den Herausforderungen, eine solche An zahl von Pixeln jeweils einzeln ansprechen zu können, kommt bei Anwendungen für erweiterte Realität und Automotive dazu, die Display recht klein sind und die Pixelgröße wie eingangs auf geführt nur eine geringe Größe im Bereich von wenigen pm be sitzt.
In konventionellen Treiber für größere Pixelgrößen und Anzeigen können die analogen Treiber so wie die digitalen Schaltungen leicht unter den entsprechenden Pixeln angeordnet werden.
In solchen konventionellen Displays mit einer Pixelgröße von beispielsweise 200pm2 ist der verfügbare Platz "unter" dem Pixel in derselben Größenordnung. Die Treiberschaltung könnte leicht in dem verfügbaren Platz realisiert werden und die Größe der Pixel selbst wäre nicht der limitierende Faktor. Jedoch mit der verminderten Größe der Pixel reicht für die konventionelle Schaltungstechnik der verfügbare Platz nicht mehr aus. Ein ähn liches Problem ergibt sich auch bei der Verwendung digitaler Schaltungstechnik in den bislang verwendeten Materialsystemen. Siliziumtechnologie bietet Möglichkeiten, Schaltungen weiter zu verkleinern, jedoch ist diese Materialsystem nicht einfach mit bestehenden Materialien für die Erzeugung von blauem oder grünen Licht kombinierbar.
Deshalb sind neue Konzepte erforderlich, die grob in zwei Be reiche unterteilt werden können. Der erste Bereich bezieht sich auf neue Designs von Transistoren, Kondensatoren oder anderen Elementen. Die Designs selbst können für komplett andere Anwen dungen oder Technologiefelder existieren aber nicht in Kombi nation mit dem für die m-LED benutzten Materialsystemen oder in Kombination mit m-LEDs als solchen. Der zweite Bereich bezieht sich auf die Schaltungstechnik und die Prinzipien der Ansteue rung von den m-LED Pixel. Einfach gesagt, digitale Übertra gungsstrecken, um die Pixel in Zeilen und Spalten zu adressie ren, nimmt Platz ein, wie es die entsprechende Zeilen- und Spaltendekodierung tut. Gleiches gilt auch für die Realisierung von Stromquellen oder Puffern, um die einzelnen m-LED mit dem notwendigen Storm zu beaufschlagen. Der Aufbau in monolithischer als auch bei einer einzelnen Bestückung von m-LEDs kann ver schiedene Konzepte erlauben, um guten visuellen Eindruck mit neuen Ansätzen in Adressierung der m-LEDs in einem Display zu erreichen .
Figur 295A zeigt ein Ausführungsbeispiel von einem Stromtreiber für m-LEDs mit Backgate beziehungsweise Dual-Gate Transistor, der in NMOS Technologie ausgebildet ist. Diese Ausführungsform lässt sich besonders kompakt mit einem nur geringen Platzver brauch realisieren. Ein derartiger Back-Gate Transistor wird häufig Stromtreiber- Transistor oder auch als Stromquelle verwendet. Er ist unter anderem in TFT (Dünnschichttechnologie) aufgebaut und besitzt neben seinem Standard-Steueranschluss oder Gate einen zweiten Steueranschluss, auch als Back-Gate bezeichnet. Mit Hilfe die ses zusätzlichen Back-Gate lässt sich wie im Folgenden erläutert der leitende Kanal des Transistors verändern. Anstatt eines zusätzlichen Transistors für die Pulsweitenmodulation (PWM) kann nun das Backgate eines bereits vorhandenen Dual-Gate-Tran- sistors mit einem PWM-Signal moduliert werden.
Figur 295A zeigt einen Querschnitt durch einen Backgate-gesteu- erten NMOS-Feldeffekttransistor . Auf der linken Seite befindet sich ein Source-Bereich S, auf der rechten Seite befindet sich ein Drain-Bereich D, wobei zwischen beiden Bereichen ein strom leitender Kanal bereitgestellt wird. Der Widerstand des Kanals, d.h. seine Fähigkeit Strom zu leiten wird bei einem normalen Feldeffekttransistor durch ein einzelnes Gate verändert. Beim dual-Gate Transistor erfolgt eine Änderung des Kanals durch ein erstes Bottom-Gates B und eines zweiten Top-Gates T. Die Gates sind dabei auf unterschiedlichen Seiten des Kanals angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel stellt das Top-Gate (obe res Tor) den zusätzlichen Rückseiten-Kontakt beziehungsweise Backgate-Kontakt bereit.
Figur 295B zeigt zwei Draufsichten auf den Dual-Gate Transistor gemäß Figur 295A. Wie in der linken Darstellung gezeigt, kann einem linken Source-Bereich S und einem rechten Drain-Bereich D eine Stromleitung mittels des Top-Gates T und/oder des Bottom- Gates B gesteuert werden. Die rechte Darstellung in Figur 295B zeigt einen Ausschnitt auf die Anordnung gemäß Figur 295A.
Figur 295C zeigt eine Darstellung zur Abhängigkeit einer Schwel lenwertspannung von einer Top-Gate-Spannung VTG und damit die Wechselwirkung eines Rückseitenkontaktes mit der Schwellspan nung VTH · Die Schwellspannung VTH ist insbesondere die Gate- Source-Spannung VGS , mit der der Feldeffekttransistor stromlei tend wird. In Figur 295C zeigt die x-Achse, die an ein Topgate T angelegte Spannung VTG- In Abhängigkeit von dieser zeigt die y-Achse die Schwellenspannung VTH für die Änderung der Leitfä higkeit des Kanals des gesteuerten NMOS-Feldeffekttransistors . Beispielsweise stellte eine Topgate-Spannung von 0 V eine Schwellenspannung zur Stromdurchleitung von 0,5 V bereit. Mit- tels des zusätzlichen Topgates des Insulated-Gates-ZO-NMOS- Transistors lässt sich die Schwellspannung VTH des Transistors in einem weiten Bereich nahezu linear verschieben.
Figur 296 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung zur elektronischen Ansteuerung einer m-LED, insbesondere eines Pixels oder Subpixel für ein Display. Die m-LED kann hierbei mit den verschieden Dargestellten Technologien gefer tigt sein. Dazu gehören eine monolithische Fertigung, aber auch die Anordnung in Barrenform, mit Stromeinschnürung oder auch mit der hier offenbarten Antennenstruktur. Es können Auskoppel strukturen vorgesehen werden, die das Licht richten.
Die m-LED ist in Reihe mit einem Dual-Gate Transistor zwischen ein erstes Potential GND und ein zweites Potential Vdd geschal- tet . Die Anordnung weist eine Schwellenwertleitung PWM auf, die an das erste Steuergate bzw. das Back-gate BG des Dual-Gate Transistors T2 angeschlossen ist. Dies weist eine zusätzliche Steuerelektrode auf. Dieses Backgate BG mit einem Rückseiten kontakt wurde in Figur 295A und Figur 295B dargestellt. Ent- sprechend der Darstellung gemäß Figur 295C lässt sich über den Rückseitenkontakt die Schwellspannung deutlich verschieben, das heißt bei gleichbleibender Spannung UGs zwischen Gate G und Source S kann der Ausgangsstrom mittels des zusätzlichen Gates BG moduliert werden. Grundsätzlich kann das Gate G und das Backgate BG ebenso umgekehrt verwendet werden. Das heißt, die Stromeinstellung kann mittels des ersten Steueranschluss BG ausgeführt werden und die Pulsweitenmodulation mittels des zwei ten Gates G. Mittels des weiten Dynamikumfangs, den die Schal tung bereitstellt, kann die Schwellspannung in Bereiche ver schoben werden, die zu einem sicheren Abschalten des zweiten Transistors T2 führt.
Dies ermöglicht einen Pulsweitenmodulations- ( PWM) -Betrieb .
Ein weiterer Vorteil liegt in der Schnelligkeit der vorgeschla genen Schaltung unter Verwendung des Dual-Gate Transistors T2. Es ist ein schnelles Schalten ausführbar. Da im Gegensatz zur Modulation über die „Data"-Leitung keine Speicherkapazität ver wendet wird, kann bei einer gleichen Treiberleistung deutlich schneller moduliert werden.
Weiterhin umfasst die Anordnung eine Datensignalleitung data und eine Auswahlsignalleitung sei. Die Anordnung enthält schließlich auch noch eine Auswahlhalteschaltung mit einem La dungsspeicher Cs und einem Steuertransistor TI. Der Ladungs speicher ist zwischen einem zweiten Steuergate G des Dual-Gate Transistors T2 sowie einem Anschluss der m-LED angeordnet. Der Steueranschluss des Steuertransistors TI ist mit Auswahlsignal leitung Sei verbunden. Im Betrieb wird über die Auswahlsignal leitung auf das Gate G des Dual-Gate Transistors T2 ein Datum data auf der Datensignalleitung eingeprägt. Die Spannung UGs ist im Kondensator Cs gespeichert und liegt auch nach Abschalten des Auswahltransistors TI an. Die Spannung wird vorgegeben mit tels des Data-Signals , wobei eine Adressierung mittels des Aus wahlsignals Sei erfolgt.
Das Gate G erzeugt so einen festen Kanal und damit einen kon stanten Strom durch den Strompfad. Es wird auf diese Weise eine Konstantstromquelle durch den Transistor T2 bereitgestellt, die zusätzlich durch ein PWM Signal am Backgate des Transistors T2 pulsweitenmoduliert wird. Die m-LED schaltet somit durch das PWM Signal zwischen einem durch das Datum im Ladungsspeicher vorgegeben Strom und dem Zustand „Aus" hin und her. Da die m- LED in einigen Ausführungen eine leichte Abhängigkeit der Farbe durch den eingeprägten Strom kann die Farbe in geringem Maße durch das Datensignal und die Intensität durch das PWM Signal eingeprägt werden. Ist die Farbabhängigkeit gering, kann auch bei einer festen PWM die Intensität über das Datum eingestellt werden . Die Ausführung der Figur 296 zeigt eine Pulsweitenmodulation einer einstellbaren Konstantstromquelle mit einem NMOS-TFT (Thin Film) Transistor T2 ohne GND-basiertes Programmieren. Diese Ausführung ist jedoch nicht temperaturstabilisiert. Die Temperaturinstabilität ergibt sich daraus, dass die Spannung über den Ladungsspeicher Cs wegen der Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls über die Leuchtdiode leicht schwankt.
Figur 297 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung zur elektronischen Ansteuerung einer m-LED-Pixelzelle, die in NMOS Technologie bereitgestellt ist. Ähnlich der vorherigen Ausführung umfasst der Strompfad eine m-LED sowie einen Dual- Gate-Transistor T2, die in Serie zwischen den ersten Potenti alanschluss GND und den zweiten Anschluss Vdd geschaltet ist. Der Ladungsspeicher Cs der Auswahlsignalhalteschaltung ist mit einem Anschluss an das Gate G des Transistors T2 und mit seinem anderen zwischen Source S und erstes Potential GND geschaltet. Dadurch bleibt die Spannung über den Ladungsspeicher Cs konstant und ist nicht mehr abhängig von der Leuchtdioden-Vorwärtsspan- nung und damit nicht mehr derart temperaturabhängig. Die Aus- wahlsignalhalteschaltung ist GND programmiert.
Auf der anderen Seite ist die m-LED zwischen den Drainanschluss D und das Versorgungspotential Vdd geschaltet. Dadurch ist die m-LED auf der Seite des zweiten Potentialanschlusses Vdd ange- ordnet, der das elektrisch höhere Potential bereitstellt. Die Anordnung entspricht der der Figur 296, wobei aber die Mikro leuchtdiode LED nicht auf der Low-Seite, also nicht mit der Kathode an GND (Ground/Masse ) , sondern nun auf der High-Side beziehungsweise oberen Seite des Transistors T2 angeordnet ist. Damit ist die Kathode der Mikroleuchtdiode an Drain von Tran sistor T2 und deren Anode an dem zweiten Potentialanschluss Vdd angeschlossen. Entsprechend zeigt die m-LED beispielsweise eine gemeinsame Anodentopologie (Common Anode Topology) , anstatt ei ner bisherigen „Common Cathode" (gemeinsamen Kathode).
Figur 298 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung, und zwar eine Ausgestaltung gemäß der Figur 296, aller dings nun mittels PMOS-Dünnschichttransistoren anstelle von NMOS-Dünnschichttransistoren (TFT) ausgeführt. Es werden damit lediglich PMOS-Transistoren verwendet. In dieser Ausführung ist der Ladungsspeicher entsprechend zwischen Source des Dual-Gate Transistors T2 und dem ersten Potential Vdd geschaltet.
Die in Figur 296 bis 298 gezeigten Ausführungen erlauben eine klassische Ansteuerung in einer Pixelmatrix. Dabei wird das „Frontgate" (normales) Gate G des Transistors T2 mit einem Span nungswert Data beschrieben, der Haltekondensator Cs speichert diesen Spannungswert und steuert den zweiten Transistor T2 ent sprechend aus. Dies wird beispielsweise dazu verwendet, um eine Farbmischung in einem RGB-Pixel einzustellen. Über das Backgate BG wird nun eine Pulsweitenmodulations- ( PWM) -Spannung an den zweiten Transistor T2 angelegt, welche über Pulsweitenmodula tion (PWM) den Mikroleuchtdioden-Strom zeitlich moduliert und beispielsweise dazu verwendet wird, um eine generelle Hellig- keit eines Pixels bei einer vorher programmierten Farbe zu ver ändern. Die vorherige Programmierung der Farbe erfolgt über den ersten Transistor TI und den Kondensator Cs. Es kann ebenso beispielsweise an allen Transistoren einer Displayzeile das selbe Pulsweitenmodulationssignal an das jeweilige Backgate an- gelegt werden. Somit wird eine ganze Zeile „gedimmt". Ebenso ist es möglich, dass alle Backgates eines kompletten Displays, das heißt alle Spalten und alle Zeilen, mit einem gemeinsamen Pulsweitenmodulationssignal PWM angesteuert werden, sodass das komplette Display „gedimmt" wird, ohne seinen Bild- inhalt zu ändern. Dies kann beispielsweise für einen Tag-Nacht- Modus bei einem Display in einem Auto oder auch bei einer Brille auf Augmente Realityanwendungen verwendet werden, auf diese Weise lässt sich die Helligkeit dynamisch und stufenlos an eine äußere Helligkeit anpassen. Im Bereich Automotive sind eventu- eil auch teile eines Displays so individuell ansteuerbar, so dunkle Bereiche aufgehellt und hellere Bereiche abgedunkelt werden können.
Figur 299 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung, und zwar eine weitere Ausführungsform einer Ausgestaltung einer Ansteuervorrichtung. Eine Ergänzung zu der Darstellung und Vorrichtung gemäß Figur 296 wird ein dritter Transistor T3 parallel zur m-LED angeschlossen, wobei der Steueranschluss des dritten Transistors T3 mit der Auswahlsignalleitung Sei verbun- den ist. Der Transistor T2 als Konstantstromquelle ist hier lediglich mit einem Gate ausgeführt. Mittels einer derartigen Anordnung kann eine Programmierung unabhängig vom Anodenpoten tial der m-LED erfolgen. Die hier dargestellte Vorrichtung ergibt sich aus einer Kombination von NMOS-basierten IGZO-Pro- zessen und der Anforderung einer gemeinsamen Kathode aus der Prozesstechnik bezüglich einer Assemblierung von m-LED. Auf dieser Grundlage ist eine Implementierung einer 2T1C (zwei Tran sistoren und eine Kapazität) Stromquelle möglich. Liegt an der Auswahlsignalleitung Sei ein hohes Potential Vdd an, wird der erste Transistor TI mit der Datensignalleitung Vdata verbunden, zudem wird der dritte Transistor T3 stromleitend, womit die Leuchtdiode überbrückt wird und der Kondensator C mit Bezugspotenzial (GND) verbunden wird. Auf diese Weise erfolgt eine Programmierung des Kondensators mit der Spannung Vdata, re- ferenziert auf das Bezugspotenzial GND des unteren, niedrige ren, ersten Potentialanschlusses und nicht auf das Anodenpoten zial der m-LED. Liegt das Potenzial der Auswahlsignalleitung Sei auf dem Bezugspotenzial (GND) sind der erste Transistor TI und der dritte Transistor T3 gesperrt, sodass der Kondensator C seine vorher einprogrammierte Spannung hält, die der Gate- Source-Spannung Ugs des zweiten Transistors T2 entspricht. Ver schiebt sich das Anodenpotenzial, so verschiebt sich infolge der Trennung von Vdata ebenso das Gate-Potenzial an den zweiten Transistor T2, womit die Gate-Source-Spannung Ugs des Transis tors T2 konstant bleibt. Auf diese Weise kann der zweite Tran sistor T2 als Stromquelle arbeiten. Figur 300 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung, und zwar in Ausführungsform einer Subpixelzelle. Figur 300 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 299 mit dem Unterschied, dass der zweite Transistor T2 hier als ein Dual-Gate-Transistor ausgebildet ist, dessen zusätzlicher Gate-Anschluss BG an eine Schwellwertleitung PWM für das Anbringen einer Pulsweitenmodu lation angeschlossen ist. Das Frontgate G ist mit dem Ladungs speicher C verbunden, dem Backgate BG wird das Pulsweiten mo dulierte Signal zugeführt. Die Transistoren TI bis T3 bilden in Kombination mit dem Hal tekondensator CI eine 3T1C-Zelle in NMOS-Konfiguration . Die 2T1C-Zelle aus Transistor TI und Transistor T2 kann ebenso als PMOS-Konfiguration ausgeführt sein. Dann ist beispielsweise der dritte Transistor T3 nicht erforderlich. Transistor T2 ist als ein sogenannter „Dual-Gate-Transistor" ausgeführt.
Figur 301 zeigt eine Darstellung zu einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, bei der eine zusätzliche Temperaturstabili sierung vorgesehen ist. Die Transistoren TI und T2 stellen in Kombination mit dem Haltekondensator CI eine 2T1C-Zelle in NMOS- Konfiguration bereit. Die Leuchtdiode ist auf der Low-Seite des Transistors T2 platziert, da aus prozesstechnischen Gründen eine „Common Cathode", also eine gemeinsame Kathode, vorgesehen ist. Der T2 ist als „Dual-Gate-Transistor" ausgeführt und weist damit zwei Steuerelektroden auf. Ähnlich einigen vorherigen Beispie len ist auch in dieser Ausführung das Gate (entspricht dem Bottomgate in Figur 295A) des Dual-Gate Transistors T2 Teil der Topologie der 2T1C Zelle und stellt über die massebezogene Pro grammierung des Ladungsspeichers CI und dem Signal auf der Lei tung Datal die Farbe und generelle Helligkeit der m-LED. Über das Backgate BG (Frontgate der Figur 295) kann eine PWM-Signal an den als Stromquelle arbeitenden Transistor T2 angelegt wer den .
Die Gate-Source-Spannung des Transistors T2 ist damit abhängig von der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode LED. Da der Spannungs abfall über die Leuchtdiode zum einem vom Querstrom als auch von der Temperatur abhängt, ergibt sich ein Ausgangsstrom, der erheblich vom eigentlichen Erwartungswert der Programmierung abweicht. Dieser kann mittels folgender Gleichung 2 beschrieben werden : (Udata ULED ( T , I) - Uth) 2 (2)
Dabei ist Udata die Spannung über den Ladungsspeicher CI. Bei einer Eigenerwärmung der m-LED sinkt deren Vorwärtsspannung, was zu einer Erhöhung des Stroms durch Transistors T2 führt. Durch das Fehlen einer Gegenkopplung hat daher eine Veränderung der Betriebsparameter der m-LED deutliche Auswirkung auf den Strom und damit die Helligkeit oder Farbe der m-LED.
Es wird daher eine Gegenkopplung vorgeschlagen, welche die Funk tionalität des Transistors T2 als Dual-Gate Transistor ausnutzt und eine Kompensation derartiger Effekte erlaubt. Die Gegen kopplung umfasst einen Haltekondensator C2, der zwischen das Bezugspotential AVSS und einem Steueranschluss eines Transis tors T3 geschaltet ist. Dieser bildet mit seinem ersten An schluss die Steuerung für das Backgate BG des Dual-Gate Tran sistors T2 und ist mit seinem anderen Anschluss an den Source S des Dual-Gate Transistors T2 verbunden. Die Gegenkopplung umfasst einen weiteren Transistor T4, dessen Steuer- und Drai nanschluss mit dem Versorgungspotential AVDD verbunden ist. Sein Sourceanschluss ist mit dem Backgate BG und dem Drain des Tran sistors T3 verbunden. Zur optionalen Programmierung einer Kom- pensation ist schließlich ein fünfter Transistor T5 vorgesehen, der ein Kompensationswert auf der Leitung Data 2 anhand eines Auswahlsignals Set2 im Haltekondensator C2 einspeichert.
Die Gate-Source-Spannung des Transistors T3 entspricht der Span- nung des Haltekondensators C2 abzüglich der Vorwärtsspannung der Leuchtdiode. Erhöht sich diese Vorwärtsspannung Vf LED, re duziert sich die Gate-Source-Spannung UGs des dritten Transis tors T3, da die gespeicherte Ladung auf dem Kondensator C2 gleichbleibt. Damit sinkt der Strom durch den dritten Transistor T3 sinkt. Da dieser Strom auch durch den Transistor T4 fließt, ergibt sich aufgrund dessen Koppelung seines Gates an das Ver sorgungspotenzial eine kleinerer Spannungsabfall UDs über den vierten Transistor T4. Am Knoten zum Backgate des Transistor T2 stellt sich somit eine höhere Spannung ein. Daraus resultiert wiederum eine niedrigere Schwellenspannung am Transistor T2. Mittels einer entsprechenden Auslegung der Transistoren T3 und T4 gemäß folgender Gleichung 3 wobei
Figure imgf000715_0001
Uth· IT2 = Uth · Uth · iNom + ß · UBG-S - S (3) kann eine nahezu vollständige Kompensation der beschriebenen Rückwirkung der Leuchtdioden-Vorwärtsspannung erreicht werden. Typische Werte für ß = - 0,52 daraus ergibt sich W = 3,69 · W mit L3 L4 Lmin ·
Über den fünften Transistors T5 und der Kapazität C2 kann eine Feinabstimmung Data2 der Pixelzelle inklusiv der Rückkopplung vorgenommen werden, in der Figur 301 dargestellte Ausführungs form wird eine deutliche Verbesserung der Stromstabilität ohne aufwendige Vorberechnung erreicht. Die Kompensation der Stro minstabilität wird durch wenige Bauteile und ohne aufwendigen Vorberechnung des „Data"-Signals erreicht. Dadurch lassen sich Temperaturschwankungen während des Betriebs ausgleichen. Des Weiteren kann eine Reduktion des durch den dritten Transistor T3 hervorgerufenen Ruhestroms bewirkt werden, und zwar durch den zusätzlichen Steuereingang Data2 über Sel2.
Figur 302 zeigt ein fünfte ausführungsform einer Ansteuervor richtung einer m-LED. Wie in den vorausgegangenen Beispielen ist kann die m-LED teil eines Displays oder eines Moduls sein. Zusätzlich zur Ausgestaltung gemäß Figur 296 sind weitere Ver- änderungen zur Temperaturkompensation und Einfluss der Vor wärtsspannung durch die m-LED vorgenommen worden.
Die Ausgestaltung weist einen dritten elektronischen Schalter T3 auf, dessen erste Stromleitungskontakt an den zweiten An- Schluss der m-LED angeschlossen ist, wobei ein zweiter Strom leitungskontakt des dritten elektronischen Schalters T3 an den ersten Steueranschluss BG des zweiten elektronischen Schalters T2 angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfasst zudem einen vier ten elektronischen Schalters T4. Ein Steueranschluss des drit- ten elektronischen Schalters T3 ist mit einem zweiten Stromlei tungskontakt des vierten elektronischen Schalters T4 verbunden, die gemeinsam an das Versorgungspotential AVDD angeschlossen sind. Auch ein Steueranschluss des vierten elektronischen Schal ters T4 ist mit dem Versorgungspotential AVD verbunden. Schließ- lieh ist der vierte elektronischen Schalter T4 mit seinem ersten Stromleitungskontakt mit dem zweiten Stromleitungskontakt des dritten elektronischen Schalters T3 verbunden.
Zur Steuerung des zweiten elektronischen Schalters T2 über den ersten Steueranschluss BG ist ein fünften elektronischen Schal ter T5 vorgesehen. Dieser ist parallel zu der m-LED geschaltet. Zusätzlich ist er mit seinem zweiten Stromleitungskontakt mit dem ersten Stromleitungskontakt des dritten elektronischen Schalters T3 verbunden. Der Steueranschluss des fünften elekt- ronischen Schalters T5 ist mit einem Anschluss zur Zuführung eines Pulsweitenmodulationssignals PWM elektrisch verbunden.
Das Verhalten der in Figur 302 dargestellten Vorrichtung sowie deren Funktion ist ähnlich zu der Vorrichtung gemäß Figur 301. Im Unterschied zu Figur 301 ist jedoch das Gate des dritten Transistors T3 mit einem festen elektrischen Potenzial Vdd elektrisch verbunden. Optional kann ein zusätzlicher fünfter Transistor T5 für ein sicheres Abschalten der Leuchtdiode ohne einen Querstrom aus dem dritten Transistor T3 bereitgestellt werden. Ein fünfter Transistor T5 ist nicht erforderlich, falls ein Querstrom aus dem dritten Transistor T3 in die m-LED kein Problem darstellt. Gemäß der hier vorgestellten Vorrichtung er folgt eine Steuerung der Pulsweitenmodulation PWM ohne einen Haltekondensator. Auf diese Weise kann bei gleicher Zykluszeit eine mögliche Pulsweitenmodulations-Auflösung vergrößert wer den. Ebenso ist ein Umladen eines Speicherkondensators nicht notwendig, wodurch die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden kann
Ein weiterer Aspekt betrifft im Folgenden eine Steuerung für eine Helligkeitseinstellung oder ein Dimmen von Pixeln, bzw. die zugeordneten m-LEDs . Ein derartiges Dimmen wird nicht nur im Automotivebereich häufig verwendet, um beispielsweise zwi schen Tag und Nachtsicht zu schalten, sondern auch bei AR An wendungen. Grundsätzlich kann ein solches Dimmen zweckmäßig und vorteilhaft sein, wenn Kontraste angepasst werden müssen oder wenn äußeres Licht eine Regelung der Helligkeit eines Displays notwendig macht, um einen Benutzer nicht zu blenden, oder In formation sicher zeigen zu können. In herkömmlicher Weise kann dieses Problem mit einer PWM Steu erung und Stromdimming angegangen werden, jedoch ändern sich häufig äußere Parameter der LED, was aufwendige Kompensations schaltungen notwendig macht. Alternativ sogenannte 2T1C Schal tungen benutzt werden, denen das Steuersignal zur Treiberan- Steuerung zugeführt und in einem Kondensator gespeichert wird. Die Helligkeit wird dann über die aufgebrachte Spannung auf den Kondensator eingestellt. Die Erfindung macht sich nun einen Aspekt zu Nutze, der oftmals eher als parasitärer nicht ge wünschter Effekt auftritt, nämlich die Gate-Source Kapazität des Treibertransistors. Diese bildet mit der Kapazität des Kon densators einen kapazitiven Spannungsteiler, so dass die Span nung am Gate des Transistors absinkt. Bei einer geeigneten Wahl der Gate-Source Kapazität kann so die Helligkeit über einen weiteren Bereich eingestellt werden.
In einem Aspekt umfasst eine Steuerungsschaltung zur Einstel lung einer Helligkeit wenigstens einer m-LED ein Stromtrei berelement mit einem Steueranschluss. Dieser ist mit der m-LED in Reihe geschaltet und mit seinem ersten Anschluss an ein erstes Potential angeschlossen. Ein Ladungsspeicher ist zwi schen Steueranschluss und dem ersten Potential angeordnet und bildet mit einer definierten Kapazität zwischen Steueranschluss und erstem Anschluss einen kapazitiven Spannungsteiler. Erfindungsgemäß ist nun ein Steuerelement vorgesehen, dass ein Steuersignal während einer ersten Zeitspanne an den Steueran schluss bereitstellt, auf dessen Grundlage ein durch die we nigstens eine m-LED fließender Strom während des ersten Zeit raums einstellbar ist. Während einer der ersten Zeitspanne nach- folgenden zweiten Zeitspanne ist nun der durch die m-LED flie ßender Strom durch ein reduziertes Steuersignal festgelegt, dass sich aus dem Steuersignal während der ersten Zeitspanne und dem kapazitiven Spannungsteiler ergibt.
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Dadurch kann bei Wahl des Steuersignals durch das Steuerelement sie Helligkeit der m-LED so eingestellt werden, dass diese ent weder im Wesentlichen von dem Strom während der ersten Zeit spanne oder dem Strom durch die LED während der nachfolgenden 10 zweiten Zeitspanne abhängt.
Mit anderen Worten wird durch das Steuersignal der gesamte Strom durch die m-LED während der ersten und zweiten Zeitspanne be stimmt und hängt bei geeigneter Wahl des Steuersignals im We iß sentlichen von dem durch die m-LED fließenden Strom während der ersten Zeitspanne oder von dem durch die m-LED fließenden Strom während der zweiten Zeitspanne ab.
Damit ist das Steuerelement eingerichtet, während der ersten 20 Zeitspanne ein erstes oder ein zweites Steuersignal bereitzu stellen, um die m-LED auf wenigstens zwei unterschiedlichen Helligkeitsniveaus während der gesamten Zeitspanne zu betrei ben. Hierzu ist beispielsweise das zweite Steuersignal größer als das erste Steuersignal, so dass das aus dem zweiten Steu- 25 ersignal abgeleitete reduzierte Steuersignal ausreichend ist, um den Stromtreiber auszusteuern und so einen für den Betrieb der m-LED ausreichenden Strom zu liefern.
Wie erwähnt kann das Stromtreiberelement einen Feldeffekttran- 30 sistor umfassen, dessen Gate den Steueranschluss bildet und eine durch Design vorgegeben Gate-Source Kapazität aufweist. Ent sprechend ergibt sich während der zweiten Zeitspanne das am Steueranschluss des Transistors oder Stromtreibers anliegende reduzierte Steuersignal Signal aus dem Steuersignal während der 35 ersten Zeitspanne und dem Verhältnis aus einer Kapazität des Ladungsspeichers und der Summe aus der der Kapazität des La dungsspeichers und der definierten Kapazität.
Eine derartige Schaltung wird mit einer bestimmten Frequenz betrieben, so dass erste und zweite Zeitspanne periodisch auf- einanderfolgen . Diese Frequenz kann 60 Hz, oftmals auch 100 Hz oder 120 Hz betragen oder im Bereich von 60 Hz bis 150 Hz liegen. In einem Aspekt ist das Steuerelement ausgeführt, ein Verhältnis der zweiten Zeitspanne zur ersten Zeitspanne einstellbar zu machen, wobei das Verhältnis im Bereich von 300:1 bis 100:1, insbesondere im Bereich von 100:1 liegen kann. Dazu weist das Steuerelement einen Steuertransistor auf, an dessen Steueran schluss mittels eines Signals die erste und zweite Zeitspanne und damit das Tastverhältnis einstellbar ist.
Durch verschiedene Steuersignale während der ersten Zeitspanne einer Periode kann nun ein Helligkeitsniveau gewählt werden. Zu diesem Zweck ist in einem Aspekt vorgesehen, die m-LED auf einem ersten, dunkleren Helligkeitsniveau zu betreiben, wenn eine Spannung des ersten Steuersignals innerhalb eines ersten Span nungsintervalls liegt, und die m-LED auf wenigstens einem zwei ten, helleren Helligkeitsniveau zu betreiben, wenn eine Span nung zweiten Spannungssignals innerhalb eines zweiten Span nungsintervalls liegt, das zumindest teilweise oberhalb des ersten Spannungsintervalls liegt.
In diesem Zusammenhang wird die Helligkeit durch den Strom be stimmt, der durch die m-LED während der gesamten Zeitspanne fließt. Bei einem Steuersignal, dass innerhalb des ersten Span- nungsintervalls liegt, wird der gesamte Strom im Wesentlichen durch den Strom während der ersten Zeitspanne bestimmt, da durch den kapazitiven Spannungsteiler und den damit verbundenen Ab fall einer Spannung des reduzierten Steuersignals während der zweiten Zeitspanne der Strom durch die LED während dieser Zeit- spanne nur sehr gering und für den Betrieb nicht hinreichend bzw. relevant ist. Der Stromtreiber ist während dieser Zeit spanne nicht oder nur sehr gering ausgesteuert, die LED leuchtet kaum oder gar nicht.
Hingegen wird der gesamte Strom über eine Periode im Wesentli chen durch den Strom während der zweiten Zeitspanne bestimmt, wenn das Steuersignal während der ersten Zeitspanne innerhalb des zweiten Spannungsintervalls liegt. In diesem Fall wird trotz des kapazitiven Spannungsteilers und des damit verbundenen Ab falls einer Spannung des reduzierten Steuersignals während der zweiten Zeitspanne der Stromtreiber noch ausreichend ausgesteu ert, so dass ein ausreichend hoher Strom durch die m-LED fließt um diese zu betreiben. Typische mögliche Werte für das erste Spannungsintervall liegen im Bereich von 1,3 V bis 4,5 V. Das zweite Spannungsintervall weist einen Bereich von 4,0 V bis 10,0 V auf .
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Helligkeit wenigstens einer m-LED, die an ein Stromtreiberele ment mit einem Steueranschluss verbunden ist, dessen erster Anschluss an ein erstes Potential angeschlossen ist und bei dem ein Ladungsspeicher zwischen Steueranschluss und dem ersten Po tential geschaltet ist, so dass dieser mit einer definierten Kapazität zwischen Steueranschluss und erstem Anschluss einen kapazitiven Spannungsteiler bildet. Bei dem Verfahren wird ein Steuersignal an den Steueranschluss während einer ersten Zeit spanne angelegt, wodurch ein durch die wenigstens eine m-LED fließende Strom während des ersten Zeitraums eingestellt wird. Während der der ersten Zeitspanne nachfolgenden zweiten Zeit spanne wird das Steuersignal abgeschaltet, wodurch der durch die m-LED fließende Strom durch ein reduziertes Steuersignal festgelegt wird, das sich aus dem Steuersignal während der ers ten Zeitspanne und dem kapazitiven Spannungsteiler ergibt. Un ter Abschalten des Steuersignals wird hierbei ein Trennen des Steuersignals von dem Steueranschluss verstanden, so dass da nach lediglich ein reduziertes Signal auf den Steueranschluss wirkt, dass sich aus dem Steuersignal während der ersten Zeit spanne und des kapazitiven Spannungsteilers ergibt.
Dieses reduzierte Steuersignal ist somit durch den Spannungs teiler um das Verhältnis des kapazitiven Spannungsteilers klei ner als das Steuersignal. Im Speziellen ergibt sich in einem Gesichtspunkt, dass während der zweiten Zeitspanne am Steuer- anschluss anliegende reduzierte Signal aus dem Steuersignal während der ersten Zeitspanne aus dem Verhältnis aus einer Ka pazität des Ladungsspeichers und der Summe aus der der Kapazität des Ladungsspeichers und der definierten Kapazität. An dieser Stelle sei ein weiter Aspekt erwähnt, nämlich, dass ein Verhältnis der zweiten Zeitspanne zur ersten Zeitspanne im Bereich von 300:1 bis 100:1, insbesondere im Bereich von 100:1 liegt. In einem anderen Aspekt wird vorgeschlagen, die m-LED auf einem ersten, dunkleren Helligkeitsniveau zu betreiben, wenn eine Spannung des ersten Steuersignals innerhalb eines ersten Spannungsintervalls liegt, und die m-LED auf wenigstens einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau zu betreiben, wenn eine Spannung zweiten Spannungssignals innerhalb eines zweiten Span nungsintervalls liegt, das zumindest teilweise oberhalb des ersten Spannungsintervalls liegt.
In diesem Zusammenhang wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Helligkeit durch den Strom bestimmt, der durch die m-LED während der gesamten Zeitspanne fließt. Bei einem Steuersignal, dass innerhalb des ersten Spannungsintervalls liegt, wird der gesamte Strom im Wesentlichen durch den Strom während der ersten Zeitspanne bestimmt, da durch den kapazitiven Spannungsteiler und den damit verbundenen Abfall einer Spannung während der zweiten Zeitspanne der Strom durch die LED während dieser Zeit spanne nur sehr gering ist. Der Stromtreiber ist während dieser Zeitspanne nicht oder nur sehr gering ausgesteuert. Hingegen wird der gesamte Strom im Wesentlichen durch den Strom während der zweiten Zeitspanne bestimmt, wenn das Steuersignal während der ersten Zeitspanne innerhalb des zweiten Spannungs intervalls liegt. In diesem Fall wird trotz des kapazitiven Spannungsteilers und des damit verbundenen Abfalls einer Span- nung des Steuersignals während der zweiten Zeitspanne der Strom treiber noch ausreichend ausgesteuert, so dass ein ausreichend hoher Strom durch die m-LED fließt um diese zu betreiben. Ty pische mögliche Werte für das erste Spannungsintervall liegen im Bereich von 1,3 V bis 4,5 V. Das zweite Spannungsintervall weist einen Bereich von 4,0 V bis 10,0 V auf.
Das für die Ansteuerung notwendige erste oder zweite Steuersig nal kann aus einem digitalen Steuerwort durch digital/analog Konversion gewonnen werden. Dazu weist das digitale Steuerwort eine Anzahl n Bits auf. Die least signifikant m Bit (M<n, z.B. m=n-2 Bits) entsprechen dabei dem ersten Steuersignal, d.h. die höchstsignifikanten Bits sind 0. Mit anderen Worten korrespon dieren n-Bits zu dem zweiten Steuersignal. In einem anderen Aspekt werden die höchstsignifikanten Bits für die grobe Hel- ligkeitseinstellung verwendet, die least signifikanten Bits für die genauere Einstellung des Bereichs .
Figur 311A zeigt eine Steuerungsschaltung für eine Leuchtein heit 1, die zwei m-LEDs 4 als Leuchtmittel aufweist. Vom Grund- aufbau her kann die Steuerschaltung wie hier dargestellt in einer 2T1C-Architektur realisiert sein. Es sind allerdings auch andere Architekturen denkbar.
Auch wenn gemäß der dargestellten Ausführungsform zwei m-LEDs 4 vorgesehen sind, um in Bezug auf die Lichterzeugung eine Redundanz sicherzustellen, ist es für die Realisierung der Er findung generell unerheblich, ob als Leuchtmittel eine m-LED 4 oder eine Mehrzahl von m-LEDs 4 eingesetzt werden. Bei der Leuchteinheit 1 bzw. den m-LEDs 4 kann es sich beispielsweise um eine Leuchteinheit bzw. um LEDs einer Farbe eines Pixels handeln .
Bei dem in Figur 311A dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden parallel verschalteten m-LEDs 4 jeweils über je einen stromtreibenden Transistor 6 mit der für die Anregung einer
Lichtemission erforderlichen elektrischen Energie versorgt. Ne ben einem Transistor 6 für jede m-LED kann auch eine gemeinsame Stromquelle für beide m-LED 4 vorgesehen sein. Stromtreiber transistor 6 ist mit m-LED 4 in Reihe zwischen Versorgungspo- tentialanschluss 2 und Bezugspotentialanschluss 2a geschaltet. Versorgungspotentialanschluss 2 stellt die für den Betrieb der Leuchteinheit 1 erforderliche elektrische Energie bzw. Spannung zur Verfügung. Ein Kondensator, der den Helligkeitswert speichert, ist zwischen das Gate der stromtreibenden Transistoren 6 und den Bezugspo tentialanschluss 2a geschaltet. Er bildet zusammen mit dem Steu ertransistor 7 eine 2T1C Zelle. An seinem Gate ist ein Pulssig nal angelegt, welches ein Steuersignal 8 von dem anderen An- Schluss des Transistors 7 auf den Steueranschluss des Strom treibertransistors 6 legt.
Für den Betrieb nach dem vorgeschlagenen Konzept in einer Schal tung nach Figur 311A wird nun ein Pulssignal an das Gate des Transistors 7 angelegt. Das Tastverhältnis On/Off kann bei spielsweise 200:1 betragen, d.h. bei einer Wiederholfrequenz von 60 Hz beträgt die ON-Pulsdauer ca. 50ps während der Off- Pulsdauer ca. 16.6 ms andauert. Innerhalb einer Periode werden nun über das Pulssignal während einer ersten Zeitspanne (ON-Pulsdauer ) der Steuertransistor ge schlossen, in einer zweiten Zeitspanne (Off-Pulsdauer) der Steu ertransistor wieder geöffnet. Während der ersten Zeitspanne liegt somit das Steuersignal 8 an dem Steueranschluss des Strom treibertransistors 6 und über den Kondensator 3 an. Das Steu ersignal steuert den Stromtreibertransistor 6 und es fließt ein durch das Steuersignal 8 bedingter Strom durch die m-LED. Gleichzeitig wird der Kondensator mit einer Ladung beaufschlagt, bis sich die Spannung des Steuersignals über den Kondensator einstellt (bezogen auf das Potential am Anschluss 2a) .
Nach der ersten Zeitspanne wird der Steuertransistor 7 wieder geöffnet. Die Spannung des Steuersignals 8 ist jetzt in dem Kondensator gespeichert und sollte weiterhin den Stromtreiber transistor aussteuern. In der praktischen Anwendung ist dies allerdings nicht der Fall, da in der zweiten Zeitspanne, ein kapazitiver Spannungsteiler gebildet wird, der aus der Kapazi tät des Speicherkondensators 3 und der aus dem Gate und der Source des Transistors 7 gebildeten Kapazität besteht. Dies führt regelmäßig dazu, dass die effektive Spannung 9 am Konden sator 3 um einen diskreten Wert abgesenkt wird. Die reduzierte effektive Spannung 9 ergibt sich aus der Spannung des Steuer signals multipliziert mit Cl/Cl+Cp, wobei CI die Kondensator- kapazität und Cp die Gate-Source Kapazität ist. Es liegt also im Vergleich zur ersten Zeitspanne ein etwas kleineres Steuer signal 9 (bzw. etwas kleinere Spannung) am Treibertransistor 6 an, so dass ein Strom mit geringerer Stärke durch die m-LEDs 4 fließt. Die Helligkeit der LEDs 4 nimmt somit während der zwei- ten Zeitspanne einer Periode etwas ab. Dies wird allerdings von einem Betrachter nicht wahrgenommen, da für die Wahrnehmung der Helligkeit lediglich die in Bezug auf die Periode vorhandene mittlere Lichtleistung entscheidend ist. Somit liegt am Steueranschluss während einer gesamten Periode das Steuersignal 8 während der ersten Zeitspanne und das redu zierte Steuersignal 9 während der zweiten Zeitspanne an. Bei einer Frequenz von 60Hz wären das für die erste Zeitspanne 0,05 ms bis 0,06 ms, für die zweite Zeitspanne in etwa 16,6 ms. In Bezug auf die mittlere Lichtleistung der m-LED bedeutet dies, dass Licht, welches von der m-LED während der zweiten Zeitspanne emittiert wird, einen vergleichsweise hohen Anteil an der mitt leren Lichtleistung der m-LED während einer Periode hat.
Dies ist gleichbedeutend mit dem mittleren Strom durch die m- LED. Der Strom der durch die m-LED während der zweiten Zeit spanne fließt, hat einen relativen hohen Anteil am mittleren Strom während der ganzen Periode.
Hieraus folgt, dass bei Wahl einer kleinen Spannung für das Steuersignal 8 der insgesamt während einer Periode durch die LEDs 4 fließende Strom und damit die mittlere Lichtleistung maßgebend von der Stärke des Stroms bestimmt wird, der durch die LEDs 4 fließt, während das Steuersignal 8 in der ersten Zeitspanne anliegt. Wird für das Steuersignal 8 ein geringer Spannungswert gewählt, so kann die Leuchteinheit 1 daher auf einem niedrigen Helligkeitsniveau betrieben und innerhalb die ses niedrigen Helligkeitsbereichs bedarfsgerecht gedimmt wer- den.
Wird demgegenüber für das erste Spannungssignal 8 eine hohe Spannung gewählt, beispielsweise 8V, so wird der insgesamt durch die LED während einer Periode fließende Strom maßgeblich durch den Strom während der zweiten Zeitspanne der Periode bestimmt, in der das reduzierte Steuersignal 9 an dem Stromtreibertran sistor 6 anliegt. Bei Wahl eines hohen Steuersignals 8, d.h. einer größeren Spannung wird die Leuchteinheit 1 auf einem hohen Helligkeitsniveau betrieben und lässt sich auf diesem Hellig- keitsniveau bedarfsgerecht dimmen. Während der zweiten Zeit spanne der Periode, in der das reduzierte Steuersignal 9 an der Leuchteinheit anliegt, fließt in diesem Betriebszustand durch die LED immer noch ein Strom größer als 1 mA, sodass ein beson- ders effektiver Betrieb der LEDs 4 möglich ist.
Figur 311B ist eine Ergänzung zu dieser Ausführung, bei der die vorgeschlagene Schaltung in einem Backplansubstrat implemen tiert ist. Auf dem Backplanesubstrat sind Kontaktbereiche vor- gesehen, an denen ein m-LED Modul befestigt ist. Dieses umfasst zwei m-LED Basismodule, wie sie in dieser Anmeldung beispiels weise in Figur 184 offenbart sind. Die beiden Kontakte 26 sind mit jeweils einem Stromtreibertransistor 6 verbunden. Die bei den äußeren Kontakte 25 des m-LED Moduls sind an den Masse- oder Bezugspotentialanschluss angeschlossen. Der Stromtreibertran sistor ist ausreichend dimensioniert. In einigen Aspekten kann dies der hier offenbarte Dual-Gate Transistor sein, wie er in den Figuren 295 bis 302 beschrieben ist. Weiterhin ist in das m-LED Modul ein photonischer Kristall 32 eingebracht. Dieser reicht bis kurz über die aktive Schicht 20 und verändert dort die Emissionseigenschaft, beispielsweise in dem Bereich oberhalb der aktiven Schicht und kann so dort emis sionsfördernd wirken.
Figur 312 zeigt eine Grafik, in der die Stärke des durch die LEDs 4 fließenden Stroms in Abhängigkeit der Spannung des Steu ersignals 8 und des reduzierten Steuersignals 9 aufgeführt ist. Deutlich zu erkennen ist, dass bei Anlegen eines Steuersignals 8 mit einem Spannungswert von etwa IV bis 3V während der ersten
Zeitspanne der durch die m-LEDs 4 fließende Strom maßgeblich durch das in der ersten Zeitspanne der Periode anliegende erste Spannungssignal 8 bestimmt wird. Währenddessen ist in der zwei ten Zeitspanne der Periode das anliegende durch den kapazitiven Spannungsteiler reduzierte Steuersignal 9 und damit der durch die m-LEDs 4 fließende Strom nahezu gleich null.
Erst ab einer Spannung des Steuersignals während der ersten Zeitspanne von etwa 3,0 V steigt auch die Spannung des redu zierten Steuersignals 9 und somit auch die Stärke des während der zweiten Phase durch die m-LEDs 4 fließenden Stroms an.
Zu berücksichtigen ist hierbei jeweils, dass aufgrund der un- terschiedlichen Länge der beiden Phasen einer Periode, nämlich einer kurzen ersten Phase, in der das Steuersignal 8 an der Leuchteinheit 1 anliegt, und einer langen zweiten Phase, in der das reduzierte Steuersignal 9 am Stromtreibertransistor 6 an liegt, der Einfluss der zweiten Zeitspanne auf die mittlere Lichtleistung der m-LEDs 4 deutlich größer ist. Daraus ergibt sich, dass der gesamte Strom durch die m-LED während einer Periode bei Spannungen des Steuersignals 8 über 3,0 V deutlich ansteigt. Aus diesem Umstand folgt, dass bei einem Steuersignal, mit einer vergleichsweise hohen Spannung größer als 3,0 V oder 3.5 V, der Anteil des insgesamt während einer Periode durch die m-LEDs 4 fließenden Stroms maßgeblich durch den Anteil des Stroms während der zweiten Zeitspanne bestimmt wird.
Im Weiteren zeigt Figur 313 in einer schematischen Darstellung den zeitlichen Verlauf der Steuersignale 8, 9 sowie den resul tierenden Lichtfleck 10 bei Anlegen eines Steuersignals 8 mit vergleichsweise hoher Spannung. Das Steuersignal 8, das an die Leuchteinheit übertragen wird, weist in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel eine Spannung von 10 V auf. Im Übrigen wird die Spannung des reduzierten Steuersignals 9, das während der zwei ten Phase an die Leuchteinheit angelegt wird, zwar abgesenkt, weist aber immer noch eine Spannung auf, die deutlich über 0 V liegt. Aufgrund eines derartigen Spannungsverlaufs der Steuer signale 8, 9 wird ein heller Lichtfleck 10 gebildet, die Leuch- teinheit somit auf einem hohen Helligkeitsniveau betrieben wird. Im Vergleich wird in Figur 314 ein Betriebszustand verdeutlicht, bei dem ein Steuersignal 8 mit vergleichsweise geringer Span nung, hier 2,0 V, an die Leuchteinheit angelegt wird. Das re duzierte Steuersignal 9 weist in diesem Fall eine Spannung von zumindest nahezu 0 V auf. Die Helligkeit des Lichtflecks 10, die durch die mittlere Lichtleistung der Leuchteinheit 10 wäh rend einer Periode bestimmt wird, ist deutlich geringer, als bei dem in Figur 313 gezeigten Betriebszustand. Die Leuchtein heit und die hierfür verwendeten LEDs werden somit auf einem vergleichsweise niedrigen Helligkeitsniveau betrieben, auf dem diese bedarfsgerecht dimmbar sind.
Abschließend zeigt Figur 315 in einer grafischen Darstellung, wie sich die während einer Periode durch die LEDs geleitete elektrische Energie, teilweise auch als Strommenge bezeichnet, in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Zeit spanne einer Periode an einer Leuchteinheit anliegenden Span nungssignale verhält. Die x-Achse ist die Spannung während der ersten Zeitspanne, die y-Achse der Strom während einer Periode.
Es ist zu erkennen, dass bei Anlegen eines Steuersignals mit vergleichsweise geringer Spannung, insbesondere mit einer Span nung bis etwa 3V, der insgesamt durch die LEDs fließende Strom durch dieses Steuersignal bewirkt wird. Erst bei Anlegen von Steuersignalen mit Spannungen, die größer als 3V sind, steigt auch die Spannung des reduzierten Steuersignals an. Vor allem fließt in diesem Betriebszustand ein Strom durch die m-LEDs der Leuchteinheit, der aufgrund der Länge der zweiten Zeitspanne der Periode einen erheblichen Einfluss auf die Menge des ins- gesamt während der Periode durch die LEDs fließenden Stroms und damit auf die mittlere Lichtleistung bzw. Helligkeit einer Leuchteinheit mit wenigstens einer m-LED hat. Im Übrigen zeigt Figur 315, dass in Abhängigkeit der für das Steuersignal gewählten Spannung eine derart angesteuerte Leuch teinheit auf zwei verschiedenen Helligkeitsniveaus betrieben werden kann. Auf den beiden Helligkeitsniveaus ist es wiederum möglich, die Helligkeit der Leuchteinheit innerhalb eines von einem unteren und einem oberen Spannungswert für das Steuersig nal begrenzten Dimmbereich stufenlos zu verändern. Der Verlauf der beiden in Figur 315 gezeigten Kennlinien kann mit Hilfe eines geeigneten Schaltungsdesigns, insbesondere durch gezielte Festlegung der Kapazitäten des Kondensators und der Gate-Source- Kapazität des als Schaltelement verwendeten Transistors, be darfsgerecht angepasst werden. Ferner ist es denkbar, die Span nungsniveaus, des Steuersignals und des reduzierten Steuersig nals durch geeignete Auswahl und Dimensionierung der verwende- ten elektronischen Komponenten festzulegen.
Wie die erläuterten Ausführungsbeispiele zeigen, ermöglicht die erfindungsgemäß ausgeführte Steuerungsschaltung auf vergleichs weise einfache Weise den Betrieb einer Leuchteinheit, die über wenigstens eine pLED verfügt, auf wenigstens zwei Helligkeits niveaus. Berücksichtigt wird hierbei vor allem, dass in Abhän gigkeit der Höhe der Spannung des Steuersignals entweder der während der ersten Zeitspanne oder der zweiten Zeitspanne einer Periode der durch die LED fließende Strom maßgeblich für den insgesamt durch die LED fließenden Strom sowie für die mittlere Lichtleistung und die von einem Betrachter wahrnehmbare Hellig keit der m-LED ist.
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Frage, wie eine Rückwirkung auf die Regelung einer Stromquelle bei einer PWM Regelung derselben reduziert werden kann. Bei einer Pulsweiten modulation wird die Stromquelle in schneller Folge zur Kontrast und Helligkeitseinstellung ein- und ausgeschaltet. Die Frequenz beträgt dabei einige 100kHz bis in den MHz Bereich. Bei Regel schleifen innerhalb der Stromquelle führen die Schaltvorgänge zu Spikes oder anderem Verhalten, welche die Regelschleife aus ihrem Regelbereich bringen können.
Figur 316 stellt ein schematisches Blockschaltbild für eine geregelte Stromquelle für m-LEDs, die auch bei Schaltvorgängen stabil bleibt. Diese Stromquelle ist in m-Displays oder anderen Anzeigevorrichtungen einsetzbar und sowohl für Automotive als auch Augmented Reality Anwendungen geeignet.
Die Versorgungsschaltung umfasst einen Referenzzweig 10, der ein Referenzsignal und im Besonderen einen Referenzstrom oder falls erforderlich auch eine Referenzspannung bereitstellt. Aus dem Referenzsignal werden im Folgenden alle weiteren Versor gungsströme und falls erforderlich auch Spannungen abgeleitet. Ebenso können aus diesem weitere Referenzsignale generiert wer den. Das Referenzsignal, d.h. der Referenzstrom zeichnet sich durch eine hohe Temperaturstabilität aber auch eine Stabilität gegen Prozessschwankungen während der Fertigung aus. Falls er forderlich kann er eine oder mehrere Korrekturschaltungen um fassen, die zusammen ein genaues und stabiles Referenzsignal liefern, beispielsweise einen Referenzstrom. In dem vorliegenden Fall ist der Referenzzweig 10 an einen Referenzeingang 22 eines Fehlerkorrekturdetektors 20 sowie an eine steuerbare Versorgungsquelle 30 angeschlossen. Der Fehler korrekturdetektor 20 umfasst neben dem Referenzeingang auch ei nen Fehlersignaleingang 23 und einen Korrektursignalausgang 21. Der Detektor 20 ist ausgeführt, ein Fehlersignal am Eingang 23 mit einem Referenzsignal am Eingang 22 oder einem davon abge leiteten Signal zu vergleichen und daraus ein Korrektursignal an seinem Ausgang 21 zu erzeugen. Die steuerbare Versorgungsquelle 30 weist eine steuerbare Strom quelle auf, welche in diesem Blockschaltbild nicht extra ein gezeichnet ist. Zudem umfasst die Versorgungsquelle eine zweite Ersatzquelle 40, die in einem Betriebszustand der Schaltung einen Rückkoppelsignal an den Fehlerdetektor liefert. Hierzu ist ein Schaltervorrichtung 70 vorgesehen, die abhängig von dem Betriebszustand, d.h. einem Betriebssignal am Eingang 74 ent weder die Stromquelle an den Verbraucher schaltet, oder diese von diesem trennt und die Ersatzquelle 40 hinzuschaltet. Dadurch wird am Detektor 50 entweder ein Signal der Stromquelle an den Verbraucher oder das Signal der Ersatzquelle detektiert.
Als Detektion kann ein Strom-Spannungswandler dienen oder auch ein Spannungsabfalldetektor. Es kann mit Detektor 50 eine Span- nung bzw. ein Spannungsabfall oder ein Strom erfasst werden. Das detektierte Signal wird nun an den Fehlerkorrekturdetektor 20 rückgeführt und mit dem Referenzsignal oder einem davon ab geleiteten Signal verglichen. Das daraus erzeugte Fehlerkorrek- tursignal dient zur Anpassung der steuerbaren Stromquelle. Wenn nun der Verbraucher 60 durch die Stromquelle 30 versorgt wird, regelt der Fehlerkorrekturdetektor 20 den Strom durch den Ver braucher auf einen durch das Referenzsignal definierten Wert. Bei einer m-LED kann so der durch die Diode fließende Strom genau eingestellt werden. Ändert sich nun aufgrund von Tempe- ratureffekten der Spannungsabfall über den Verbraucher oder der
Strom durch den Verbraucher, so regelt der Fehlerkorrekturde- tektor den Strom entsprechend nach. Dieser Teil der Schaltung sowie deren Betrieb entspricht einer Regelschleife. Wird nun der Verbraucher vom Strom getrennt, beispielsweise bei einer PWM Modulation die Leuchtdiode abgeschaltet, so würde die Regelschleife erstmal versuchen, nachzuregeln, aber dann aus dem Regelbereich herauslaufen. Daher ist erfindungsgemäß vor gesehen, an den Fehlerkorrekturdetektor 20 ein Ersatzsignal zu liefern. Dieses ist im Wesentlichen gleich oder zumindest sehr ähnlich wie das nominelle Signal, wenn der Verbraucher ange schaltet ist. Dadurch wird der Fehlerkorrekturdetektor 20 un abhängig von dem Betriebszustand des Verbrauchers in seinem optimalen Bereich betrieben und die Regelschleife wird nicht aus ihrem -Aussteuerbereich bewegt. Dies führt zu einer sehr schnellen Regelung und verhindert, dass der Detektor 20 außer halb seines Regelungsbereich fällt.
Die vorgeschlagene Versorgungschaltung umfasst damit neben ei- ner Korrekturschaltung als Teil einer Regelschleife zur hoch präzisen Ansteuerung einer Strom- oder Spannungsquelle auch eine Ersatzquelle. Der Korrekturschaltung wird nun wahlweise ein von der Strom- oder Spannungsquelle abgeleitetes Signal oder das Signal der Ersatzquelle zugeführt. Die Zuführung letzter ermög- licht eine Abschaltung der Stromquelle, ohne dass die Regel schleife aus ihrem Regelbereich läuft.
Figur 317 zeigt eine konkrete Ausgestaltung zur Ansteuerung einer Stromquelle für eine Versorgung einer Leuchtdiode 60. Die Leuchtdiode 60 ist Teil einer hier nicht dargestellten Pixel matrix, beispielsweise eines Displays, Videowalls oder einer anderen Anwendung, bei der eine hochpräzise Stromversorgung notwendig ist. Im Fall von Leuchtdioden ändert sich bei wech selnden Temperaturen auch ein Strom durch die Diode, was neben einer Veränderung der Helligkeit auch zu einer Änderung der Farbtemperatur führen kann. Durch die Regelung der Stromquelle wird dieser Effekt kompensiert. Displays, Pixelmatrizen für Bild oder Videoanwendungen werden oftmals mit Pulsbreitenmodulation betrieben, bei der die Leuchtdioden mit hohen Frequenzen an- und abgeschaltet werden. Das Verhältnis zwischen den beiden Zuständen gibt die Helligkeit der jeweiligen Leuchtdiode.
Die im folgenden dargestellte Versorgungschaltung ist im We sentlichen in MOS Schaltungstechnik aufgebaut. Einige Feldef- fekttransistoren sind vom n-Typ, andere vom p-Typ wie darge stellt. Die Versorgungsschaltung ist in diesem Fall zwischen Versorgungspotential VDD und Verbraucher geschaltet. Durch ei nen Austausch der Kanaltypen der Feldeffekttransistoren und ei- ner Anordnung zwischen Verbraucher und Bezugs oder Massepoten tial VG wird eine alternative Ausgestaltung erzeugt. Ebenso ist es möglich, einzelne Transistoren durch Bipolartransistoren zu ersetzen, oder Baugruppen wie beispielsweise die Stromspiegel mit solchen zu bilden. Zur Erzeugung genauer Spannungen, welche dann über einen Wandler einen Strom bereitstellen, lassen sich Bandgap-Referenzen einsetzen.
Versorgungsschaltung umfasst einen kombinierten Referenzzweig 10 aus zwei Teilen 10a und 10b, welche einen Bezugsstrom be- reitstellen. Sie bilden Teil eines Stromspiegels. Der Referenz zweig 10a für einen ersten Referenzstrom umfasst zwei in Reihe geschalteten Transistoren, einen n-Feldeffekttransistor 12a und einen p-Feldeffekttransistor 11a. Ersterer ist an einen Versor gungsanschluss, letzterer an das Bezugspotential angeschlossen. Das Gate des Transistor 12a liegt am Drainanschluss an und prägt somit einen konstanten Strom ein. Transistor 11a spiegelt den Strom durch den Referenzzweig in die vier in Reihe geschalteten Transistoren 24, welche die Stromquelle mit festem Strom für einen Differenzverstärker bilden. Der Differenzverstärker bil- det eine Komponente des Fehlerkorrekturdetektors 20 und enthält neben der Stromquelle aus den Transistoren 24 einen invertie renden und einen nicht-invertierenden Eingangstransistor in je weils einem Zweig, der über einen weiteren Stromspiegel 26 aus zwei p-Transistoren an mit dem Versorgungspotential VDD verbun- den ist. Der nichtinvertierende Eingangstransistor 27 bildet den Referenzsignaleingang 22, der invertierende Transistor 28 führt an den Fehlersignaleingang 21. Die beiden Transistoren weisen ebenso wie die Transistoren des Spiegels 26 in diesem Ausführungsbeispiel gleiche Dimensionen auf. In Ausführungen kann jedoch bereits durch geometrische Abmessungen wie bei spielsweise Kanalweite oder Länge unterschiedliche Verstär kungsfaktoren vorgesehen sein. Dies kann dann notwendig werden, wenn wie weiter unten beschrieben ebenfalls ein inhärenter Fak- tor zwischen dem Fehlersignal und dem Referenzsignal existiert. Ein solch inhärenter Faktor ergibt sich wie im Folgenden be schrieben aus der Ausgestaltung der Stromquelle 30 und den für den Detektor 20 abgegriffenen Signalen (Fehlersignal und Refe renzsignal )
Die steuerbare Stromquelle 30 weist einen Stromspiegel mit einem Ausgangszweig und einem Referenzzweig auf, der gleichzeitig die Ersatzquelle 40 bildet. An einem Referenzzweigeingang 32 ist die Referenzquelle 10b angeschlossen. Ebenso ist dieser Eingang 32 an den nicht-invertierenden Transistor 27 sowie an den Re ferenzsignaleingang des Fehlerkorrekturdetektors 20 angeschlos sen. Dem Referenzzweig des Stromspiegels wird somit ein genauer Strom eingeprägt, wobei ein definierter Spannungsabfall durch den mittigen Abgriff an den Eingang 22 des Fehlerdetektors ge- führt ist. Der Referenzzweig 10b umfasst zwei in Reihe geschal tete Transistoren zur Einstellung des Stromflusses durch den Referenzzweig des Stromspiegels der Stromquelle 30 sowie zur Definition der Referenzspannung bzw. des Referenzsignals an den Eingang 22. Das Gate des Transistors 101 ist mit dem Gate des Transistors 11a verbunden (hier aber nicht eingezeichnet) und somit Teil des Stromspiegels der Referenzquelle 10. Die steu erbare Stromquelle 30 weist einen Versorgungseingang auf, an den das Versorgungspotential VDD anliegt sowie einen Stromspie geltransistor 34 vom p-Typ. Dieser liegt zwischen Versorgungs- eingang und Anschluss 32. Ein Kondensator 35 ist zwischen Gate und Anschluss 32 geschaltet, so dass die Spannung im Referenz zweig an das Gate gekoppelt wird. Diese Spannung bildet auch das Referenzsignal für den Fehlerdetektor. Der Grund für die Verwendung eines Kondensators mit Mitkopplung anstatt der gewöhnlichen Leitung bei Stromspiegeln ist u.a. bedingt durch eine zusätzliche Frequenzkompensation für den zu sätzlichen Kontrollsignalanschluss 31, der das Gate des Tran- sistors 35 mit dem Fehlerkorrekturausgang 21 des Detektors 20 verbindet. Dem Gate wird dadurch auch das Fehlerkorrektursignal zugeführt .
Das Gate des Transistors ist zudem über eine Schaltvorrichtung 70 an das Gate eines Ausgangstransistors 36 geführt. Dieser ist zwischen Versorgungspotential VDD und Ausgang angeordnet. Dadurch wird der Strom des Referenzzweigs in den Ausgangszweig 37 der Stromquelle gespiegelt. Durch eine entsprechende Dimen sionierung der beiden Transistoren 34 und 36 kann das Verhältnis des Ausgangstroms zu dem Strom durch den Zweig mit Transistor 34 entsprechend angepasst werden. Ist beispielsweise die Kanal breite des Ausgangstransistors 36 10-mal so groß wie die des Transistors 34, dann ist in einfacher Näherung auch der Strom um den gleichen Faktor erhöht. In der Darstellung der Figur 317 ist der Ausgangstransistor 36 ein Einzeltransistor. Er kann allerdings auch in Form mehrerer parallel angeordneter Transis toren ausgeführt sein.
Die Schaltvorrichtung 70 in der Stromquelle 30 ist ausgeführt, in Abhängigkeit eines Signals das Gate des Ausgangstransistors 36 entweder mit einem festen Potential, hier dem Versorgungs potential oder mit dem Gate des Stromspiegeltransistors 34 zu verbinden. Im ersteren Fall wird der Ausgangstransistors 36 stromlos geschaltet, da das Potential VDD das Gate des p-typ Transistors sperrt. Da in diesem Fall der Transistor keinen Strom leitet, spricht man auch davon, dass der Transistor 36 offen ist. Im zweiten Fall ist der Ausgangstransistor 36 ge schlossen, und es wird der Strom durch den Stromspiegeltransis tors 34 mit dem oben genannten Faktor in den Ausgang gespiegelt und an die Leuchtdiode 60 geführt. Der Ausgang der Stromquelle 30 ist sowohl mit dem Verbraucher 60 bzw. der Leuchtdiode verbunden als auch mit einer zweiten Schaltvorrichtung 70. Diese legt entweder die Spannung am Aus gang der Stromquelle an den Fehlersignaleingang des Fehlerde- tektors 20 an, oder ein Ersatzsignal. Dieses wird von der Er satzquelle 40 bereitgestellt, die aus einem p-typ Ausgangstran sistor 41 und einem dazu in Reihe geschalteten Transistor 43 gebildet ist. Die Reihenschaltung aus den beiden Transistoren 41 und 43 ist zwischen Versorgungspotential VDD und Massepoten- tial VG angeordnet. Ein mittiger Knoten 42 bildet den Ausgang für das Ersatzsignal. Das Gate des Transistor 43 ist an seinen Drainanschluss geführt und somit mit dem Knoten 42 verbunden. Das Gate des p-typ Ausgangstransistor 41 ist mit dem Gate des Transistors 34 verbunden. Dadurch wird aus den Transistoren 34 und 41 ebenfalls ein Stromspeigel gebildet. Jedoch ist hier ein anderer Faktor durch eine entsprechend geeignete Dimensionie rung des Ausgangstransistors 41 gewählt, so dass der Strom durch diesen Zweig deutlich geringer als der durch den Ausgangszweig ist .
Die beiden Schaltvorrichtungen 70 arbeiten im Wesentlichen syn chron und sind so ausgeführt, dass der Ausgang der Stromquelle 30 dann mit dem Fehlersignaleingang 23 des Detektors 20 verbun den ist, wenn das Gate des Transistors 36 auf das Gate des Transistors 34 geschaltet ist. Wenn hingegen der Ausgangstran sistor des Stromspiegels stromlos geschaltet ist, liegt das Ersatzsignal der Ersatzquelle am Fehlersignaleingang an, d.h. der Abgriff 42 ist mir dem Eingang 23 verbunden. In der hier gezeigten Ausführung, ist die Ersatzquelle immer aktiviert, d.h. der Ausgangstransistor bildet stets einen Strom spiegel mit Transistor 34 und es fließt ein Strom durch den Zweig der Ersatzquelle. In einer alternativen Ausführung kann auch hier ein Schalter vorgesehen sein, der gegenläufig zur Schaltvorrichtung 70 arbeitet, d.h. er schaltet beispielsweise die Ersatzquelle stromlos, wenn eine Spannung am Verbraucher anliegt, bzw. ein Strom durch die Stromquelle 30 bereitgestellt wird . In einem Betrieb der Versorgungsschaltung sei nun die Schalt vorrichtung 70 so geschaltet, dass der Knoten 71 mit dem Knoten 72 sowie gleichzeitig die Gates der Transistoren 34 und 36 miteinander verbunden sind. Die Stromquelle stellt dann einen Ausgangsstrom für den Verbraucher bereit. Dieser führt über die Leuchtdiode 60 einen Spannungsabfall, der in der Größe von we nigen Volt liegt, beispielsweise 2 bis 3 Volt. Der Spannungs abfall wird als Fehlersignal von dem Differenzverstärker des Detektors 20 erfasst und mit dem Referenzsignal verglichen. Ändert sich nun der Strom durch die Leuchtdiode, beispielsweise durch eine Temperaturänderung, so ändert sich auch das Fehler signal und der Detektor erzeugt am Korrektursignalausgang 21 ein Korrektursignal für den Stromspiegel und führt dieses dem Kontrollsignalanschluss 31 zu. Das Korrektursignal liegt nun auch am Gate des Ausgangstransis tor 36 an, so dass der Strom entsprechend angepasst wird. Der Fehlerdetektor 20 regelt den Ausgangsstromspiegel so, sodass Sättigungsspannung des invertierenden als auch des nicht-inver- tierenden Transistors 27 und 28 gleich ist. Mit Hilfe des Feh- lerkorrekturdetektors 20 und des mit dem Ausgang verbundenen Stromspiegels wird eine lastunabhängige Stromquelle gebildet.
Da Leuchtdioden oftmals mit Pulsbreitenmodulation betrieben werden, wechselt der Strom durch die Diode in definierten Ab- ständen, d.h. die Diode wird mit hoher Frequenz ein- bzw. aus geschaltet. Die Pulsbreite ergibt die Helligkeit der Diode 60. Dazu dient die Schaltvorrichtung 70 im Stromspiegel. Wird der Strom jedoch abgeschaltet, so wirkt der Fehlerdetektor 20 dem erstmal entgegen. Das kann dazu führen, dass er regelmäßig aus seinem optimalen Aussteuerbereich herausläuft. Gleiches pas siert beim Einschalten des Stromes. Hier benötigt der Diffe renzverstärker einige Zeit, bis er in seinen normalen Regelbe reich gelangt. Zudem kann es zu Schwingungen oder Überschießen kommen, die die Lebensdauer der Diode verringert, aber auch für einen Benutzer sichtbar sein können. Die zweite Schaltvorrich tung 70 verhindert dies, indem sie durch die Ersatzquelle den Fehlerdetektor in seinem Aussteuerbereich hält. Figur 318 zeigt hierzu eine Darstellung mit den wesentlichen Signalflüssen. Bei einer ausgeschalteten Diode, ist das Gate des p-Typ Feldeffekttransistors 36 des Ausgangszweigs direkt mit dem Versorgungspotential VDD verbunden. Die untere Schalt vorrichtung 70 verbindet den Abgriff 42 der Ersatzquelle 40 mit dem Fehlersignaleingang 23 des Detektor 20. Die Ersatzquelle spiegelt den Strom mit einem geringeren Verhältnis und der zweite in Reihe geschaltete Transistor dient zur notwendigen Spannungserzeugung. Diese ist so gewählt, dass sie in der Nähe des erwarteten Spannungsabfalls des Verbrauchers im normalen Betrieb liegt. Dadurch wird der Fehlerdetektor in seinem Aus steuerbereich gehalten und die Regelschleife bleibt in ihrem eingeschwungenen Zustand.
Figur 319 zeigt zwei Prinzipdarstellungen zweier einfacher Schaltervorrichtungen. Neben diesen, können auch andere Schal ter eingesetzt werden. Zudem lassen sie sich auf einfache Weise mit dem PWM Signal betreiben, welches zur Einstellung der Hel ligkeit der Leuchtdiode vorgesehen sein kann. In anderen Anwen dungen kommen andere geeignete Schalter zum Einsatz. Die Schalt- Vorrichtung 70 ist ähnlich einem bekannten Inverter aufgebaut mit dem Unterschied, dass die hier dargestellten Transistoren wiederum Transmission Gates darstellen. Der Ausgang 71 ist mit dem Fehlersignaleingang verbunden. Der Eingang 74 bildet den Schalteingang, dem das Schaltsignal, beispielsweise das PWM Signal zugeführt wird. Zwei in Reihe geschaltete Transmission Gates unterschiedlichen Typs sind in Reihe angeordnet, wobei Ausgang 71 zwischen den beiden Transmission Gates liegt. Das Gate 73 des p-Typs bildet mit seinem Anschluss 73 die Verbindung zur Ersatzquelle. Der Anschluss 72 des zweiten Transmission Gates bildet Anschluss für das Spannungssignal.
Figur 320 zeigt ein Signal-Zeit Diagramm für verschiedene Sig nale in der Versorgungsschaltung in den unterschiedlichen Be triebszuständen. VPWM beschreibt das Pulsweitenmodulationssignal zum Betrieben der Leuchtdiode 60. Dieses Signal wird auch an die Schaltungsvorrichtungen 70 angelegt. Es ist ein logisches Signal und wechselt zwischen zwei Zuständen „High" und „Low". Im Zustand High von ca. 8ps bis 18ps und dann zwischen 26ps und 44ps ist die Leuchtdiode angeschaltet, zu den anderen Zeiten ist sie ausgeschaltet. Der Strom durch die Leuchtdiode folgt diesen Schaltzeiten wie sich aus der untersten Kurve bezeichnet mit ILED ergibt.
Demgegenüber verändert sich die Spannung VLED nur geringfügig zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand. Die Spannung sinkt kontinuierlich ab und würde mit Lauf der Zeit die Einsetzspannung von ca. 1,4V erreichen, ein Strom fließt nicht mehr, d.h. die Leuchtdiode ist ausgeschaltet. Beim Einschalten der Leuchtdiode, d.h. zum Zeitpunkt 8ps entspricht der Spannungsabfall über die Leuchtdiode im Wesentlichen der Ersatzspannung bzw. dem Ersatzsignal VH. Zum Einschaltzeitpunkt ist in dem Ersatzsignal ein kleiner Spannungsabfall zu erkennen, der prozesstechnisch bedingt sein kann und beispielsweise von den Parametern der verwendeten Feldeffekttransistoren abhängt. Da verschiedene Typen (p- bzw. n-mos) verwendet werden, sind diese in ihren Schaltverhalten nicht immer gleich, so dass noch Restströme während des Umschaltzeitpunktes fließen könnten.
V±n zeigt den Signalverlauf am invertierenden Eingang, d.h. dem Fehlersignaleingang 23. Vor dem Schaltzeitpunkt 8ps ist die Spannung VH wegen der Stellung der Schaltvorrichtung 70 gleich der Spannung am Fehlersignaleingang, nach dem Einschalten ent spricht diese der Spannung VLED- Dies ist durch das Zeichen „=" in Figur 320 verdeutlicht. VH wird wiederum so gewählt, dass sie möglichst ähnlich der in einem normalen Betrieb zu erwartenden LED Spannung VLED ist.
Der Fehlerkorrekturdetektor 20 vergleicht nun die Spannungen V±n am Fehlersignaleingang 23 und V±p am Referenzeingang 22 mitei- nander und erzeugt daraus ein Korrektursignal Vo. Zum Schalt zeitpunkt 8ps gibt es einen kleinen Einbruch der Spannung V±p am nicht-invertierenden Eingang, der einen kleinen Peak im Korrek tursignal erhöht. Diese ist evtl, ein Simulationsartefakt, kann jedoch auch wegen einer plötzlichen Laständerung im Zweig der Stromquelle hervorgerufen werden. In jedem Fall ist das Korrek tursignal so klein und schnell, dass es keine Auswirkungen zeigt .
Der zweite Schaltzeitpunkt bei 18ps zeigt keines oder wenn nur ein deutlich geringeres Verhalten. Dennoch wird durch die Re gelung zum einschaltzeitpunkt der Fehlerdetektor in seinem Aus steuerverhalten nicht maßgeblich beeinträchtigt, sondern er liefert durch die schnelle Rückkopplung ein präzises Korrektur signal, so dass der Ausgangstrom und Spannung schnell auf den gewünschten Wert geregelt wird und danach konstant bleibt. Die Simulation der Figur 320 zeigt in diesem Zusammenhang eine Re gelung von weniger als 0,5ps.
Mit der vorgeschlagenen Versorgungsschaltung wird eine hochge- naue Stromquelle bereitgestellt, die für eine genaue und farb- treue Ansteuerung von Leuchtdiodenanwendungen besonders geeig net ist. Dabei kann die bereits bekannte PWM für die Kon trasteinstellung der einzelnen Leuchtdioden in einer Pixel matrix, Display oder ähnlichem weiterverwendet werden. Die Aus- Wirkungen der Schaltvorgänge während der Puls-Weiten-Modulation auf die Stromquelle wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen verringert. Dadurch lassen sich auch kleine Variationen im Betriebsstrom realisieren, die nur wenige Prozent oberhalb des Nominalwertes der Einsatzspannung liegen, ohne dass durch die Schaltvorgänge die Stabilität beeinträchtigt wird.
In einer Implementierung bietet es sich an, die Transistoren der Stromquelle auch räumlich eng zueinander aufzubauen, so dass diese thermisch stark miteinander gekoppelt sind. Für den Er- satzzweig bietet es sich an, diesen mittels Si-pn-Dioden oder anderen Maßnahmen, wie Verstärker etc. auszurüsten und so das Ersatzsignal an die über den Verbraucher in einem Betrieb ab fallende Spannung anzunähern. Zur Ansteuerung von m-LED bzw. allgemein Pixeln in einem Dis play, kann neben einer Einstellung des Storms durch die m-LED auch das Schaltverhältnis digital gesteuert werden. Bei einer digitalen Treiberschaltung mit geringer eigener Leistungsauf nahme, können trotz der geringen Leitungsaufnahme dennoch eine Vielzahl von optoelektronischen Elementen und insbesondere p- LED getrieben werden.
Figur 303 veranschaulicht ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer 6-T-Speicherzelle des statischen Direktzugriffsspeichers, SRAM-6-T-Speicherzelle 1, die zwei kreuzgekoppelte Inverter 2 als einen 1-Bit-Speicher ein schließt. Die SRAM-6-T-Speicherzelle 1 hat eine kompakte Spei chergröße im Bereich von 1,08 pm2 bis 1,7 pm2 pro Bit in 65 nm CMOS-Technologie und eine niedrige Leistung im Bereich von 0,26 pW bis 0,37 pW pro Bit.
Figur 304 veranschaulicht ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer Treiberschaltung 10, die so konfi guriert ist, dass sie ein optoelektronisches Element antreibt, bei dem es sich um eine p-LED 11 handelt. Die Treiberschaltung 10 ist vollständig digital und wird unter Verwendung der CMOS- Technologie hergestellt. In diesem Zusammenhang zeigt Figur 304 lediglich das Schaltbild. Die m-LED 11 ist einem für die Erzeu gung von Licht der gewünschten Wellenlänge geeigneten Materi- alsystem gefertigt, die Schaltung kann in einem anderen Mate rialsystem gefertigt sein. Für die gezeigte Funktionalität wer den beide Elemente elektrisch kontaktiert. Möglichkeiten hierzu sind in dieser Anmeldung offenbart. Die Treiberschaltung 10 schließt zwei kreuzgekoppelte NOR-Gat ter 12, 13 ein, die eine erste Speicherzelle oder einen Riegel bilden, der zur Steuerung des Stroms durch die m-LED 11 verwen det wird. Die Treiberschaltung 10 enthält zusätzliche erste Speicherzellen, die in Figur 304 nicht gezeigt sind. Die zu- sätzlichen ersten Speicherzellen haben die gleiche Struktur wie die in Figur 304 gezeigte erste Speicherzelle und werden ver wendet, um den Strom durch weitere m-LEDs zu steuern.
Jedes der NOR-Gatter 12, 13 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Der Ausgang jedes NOR-Gatters 12, 13 ist mit einem der Eingänge des anderen NOR-Gatters 12, 13 gekoppelt. Der andere Eingang des NOR-Gatters 12 empfängt ein Setzsignal S i, und der andere Eingang des NOR-Gatters 13 empfängt ein Rücksetzsignal R i. Das NOR-Gatter 13 erzeugt an seinem Ausgang ein Signal Q, welches das Gatter eines Transistors 14 steuert. Die gezeigte Verschal tung aus den beiden NOR-Gattern 12 und 13 mit ihren Eingängen R i, S i und dem Ausgang Q entspricht einem RS-Flip-Flop . Ent sprechend kann in den gezeigten Schaltungen die so verschalteten NOR-Gatter ersetzt werden.
Abhängig von seiner Gatterspannung schaltet der Transistor 14 einen Strom durch die m-LED 11 ein oder aus. Der Strom wird durch einen Transistor 15 erzeugt. Die m-LED 11 und die Kanäle der Transistoren 14, 15 sind zwischen einer Versorgungsspannung VDD und Masse GND in Reihe geschaltet. Die Treiberschaltung 10 schließt ferner zwei Pull-Up-PMOS-Transistoren 16, 17 ein, die jeweils mit den Transistoren 18, 19 gekoppelt sind. Die Tran sistoren 16, 17 empfangen an den Gatteranschlüssen ein Signal nicht-S i bzw. ein Signal nicht-R i.
Die m-LED 11 ist zusammen mit anderen m-LEDs in einem Pixelarray angeordnet. Jede der m-LEDs ist mit einer Treiberschaltung ver bunden, wie in Figur 304 gezeigt. Um die Auswahl einer Zeile i zu ermöglichen, sind die Transistoren 18, 19 jeweils mit den NOR-Gattern 12, 13 gekoppelt. Die Transistoren 18, 19 werden durch ein Zeilenauswahlsignal Zeile i an den Gatteranschlüssen gesteuert. Außerdem sind Pull-Down-Widerstände 20, 21 bereit gestellt, um Zustände der kreuzgekoppelten NOR-Gatter 12, 13 zurückzuhalten. Wenn das gesetzte Nicht-Signal S i (aktiver niedriger Satz) durch das NOR-Gatter 12 empfangen wird, wird der Ausgang des NOR-Gatters 13 in einen hohen Zustand getrig gert. Die kreuzgekoppelten NOR-Gatter 12, 13 halten den hohen
Zustand, bis sie durch das vom NOR-Gatter 13 empfangene Rück setzsignal nicht-R i (aktiver niedriger Satz) in einen niedri- gen Zustand zurückgesetzt werden.
Figur 305 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Aus führungsform einer optoelektronischen Vorrichtung 30. Die opto elektronische Vorrichtung 30 schließt ein Pixelschaltungsarray 31 ein, das ein Array von m-LED-Treiberschaltungen 10 umfasst, wie in Figur 304 gezeigt. Das Array schließt als Beispiel 2K Zeilen und 2K Spalten ein. Jede Treiberschaltung 10 ist mit einer jeweiligen m-LED verbunden. Außerdem ist das m-LED-Array aus einem anderen III/IV-Materialchip und jede m-LED in dem Array ist mit jeder Pixeltreiberschaltung an dem Drain des Tran sistors 14 in Figur 304 verbunden.
Ein Zeilendecoder und Treiber 32 wählt nacheinander die Zeilen Zeile 1 bis Zeile 2K aus. Die PWM-Signale, die den Strom durch die m-LEDs steuern, werden von N ladbaren 8-Bit-Zählern 33 er zeugt, wobei N für dieses Beispiel 2K ist. Die N Zähler 33 erzeugen die gesetzten Signale S i und die Rücksetzsignale R i (oder alternativ die Signale nicht-S i und nicht-R i) für N Spalten von Pixeln gleichzeitig pro ausgewählter Zeile. Wenn Pixelpulsbreitenwerte, d. h. 8-Bit-Pixel-Grau-Daten, in die Zähler 33 geladen werden, werden die gesetzten Signale S i ak tiviert, um den Pixelstrom einzuschalten, und die Zähler 33 beginnen mit einer Pixeltaktfrequenz von beispielsweise zwi- sehen 40 MHz bis 100 MHz. Wenn die Zähler 33 die Pixeldatenwerte erreichen, werden die Rücksetzsignale R i aktiviert, um den Pixelstrom auszuschalten.
Ferner gibt es einen 9-Bit- (MSB ) -Zähler 34, der die globale oder gemeinsame Dimmung für das Pixelarray erzeugt. Die in den Zähler 34 geladenen 9-Bit-Pixel-Dimmdaten bestimmen somit die Hellig keit des Hintergrundes des Pixelarrays . Wenn die Dimmpulsbreite null ist, dann wird eine Zeilenabtastung durchgeführt, so dass die Pixel in den Zeilen aufleuchten. Andernfalls wird zuerst eine globale Pixelbeleuchtung durchgeführt, dann eine zeilen weise Abtastung. Die von den Zählern 33 erzeugten Setzsignale S i und Rücksetzsignale R i und die von dem Zähler 34 erzeugten globalen oder gemeinsamen Dimmsignale werden N Puffern und Mul tiplexern 35 zugeführt, welche die Signale an die Spalten des Pixelschaltungsarrays 31 weiterleiten.
Die globalen Dimmdaten können auch mit den Graustufendaten in der Video-/Bildsignalprozessor-IC oder durch die m-LED-Treiber- IC kombiniert werden, so dass kein separater globaler Dimmpuls benötigt wird und dann nur die Graustufendaten zeilenweise ak tualisiert werden. Die Zähler 33, 34 werden durch ein Signal
Laden Zähler gesteuert. Ferner empfangen die Zähler 33 ein Takt signal clk. Der Zähler 34 empfängt ein Taktsignal clk-MSB.
Um dunkle Pixel auszugattern, kann die Treiberschaltung für jede m-LED eine zweite Speicherzelle oder einen Riegel einschließen. Figur 306 veranschaulicht ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer Treiberschaltung 40, die auf der in Figur 304 veranschaulichten Treiberschaltung 10 basiert. Die Treiberschaltung 40 schließt eine erste Speicherzelle 41 und eine zweite Speicherzelle 42 ein. Sowohl die erste Speicherzelle 41 als auch die zweite Speicherzelle 42 weisen einen Setzeingang S, einen Rücksetzeingang R und einen Ausgang Q auf. Ferner ist der Rücksetzeingang R der ersten Speicherzelle 41 mit dem Setz eingang S der zweiten Speicherzelle 42 verbunden. Die Ausgänge Q der ersten und der zweiten Speicherzelle 41, 42 sind mit
Eingängen eines UND-Gatters 43 verbunden. Der Ausgang des UND- Gatters 43 ist mit dem Gatter des Transistors 14 verbunden.
Wie aus dem in Figur 306 gezeigten Funktionszeitdiagramm er- sichtlich ist, wird zu Beginn jedes Rahmens ein globales Zu rücksetzen durchgeführt, so dass alle Pixel dunkel sind. Dann wird ein globales Setzsignal S d an die gesetzten Eingänge S der zweiten Speicherzellen 42 angelegt, um alle Pixel zu "nor malen Pixeln" zu machen. Anschließend werden die zweiten Spei- cherzellen 42 des Pixelschaltungsarrays zeilenweise geladen o- der zurückgesetzt, um selektive dunkle Pixel zu implementieren. Eine Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung schließt einen räumlichen Mittelungspixelvorspannungsstrom ein. Die optoelektronische Vorrichtung schließt einen globalen N- Bit-Digital-Analog-Wandler, DAC, ein, der einen Pixelstrombe reich von beispielsweise 22 nA bis 1 mA abdeckt. Wie in Figur 307 veranschaulicht, werden periphere identische Vorspannungs ströme summiert, um eine räumliche Mittelungsvorspannung zu er zeugen .
Das Ein- und Ausschalten des Pixelstroms wird durch den Zustand der zweiten Speicherzelle oder des Riegels für dunkle Pixel und das PWM-Signal für normale aktive Pixel gesteuert. Figur 308 veranschaulicht ein Funktionszeitdiagramm der optoelektroni- sehen Vorrichtung. Line 1 des Funktionszeitdiagramm zeigt die Dauer eines Frames. Während des Frames wird auf der Anzeige ein Inhalt, beispielsweise eine Videosequenz, gezeigt.
Zu Beginn des Frames wird ein globales Zurücksetzen durchge- führt, so dass alle Pixel der Anzeige dunkel sind (siehe Linie 2) . Dann werden dunkle Pixel zeilenweise geladen, so dass diese Pixel während dieses Frames permanent dunkel sind (siehe Linien 3 bis 4) . Anschließend wird eine globale Dimmung angewendet, um sicherzustellen, dass der Hintergrund die gleiche Helligkeit hat (siehe Linie 5) . Dann werden Graustufendaten geladen, um die PWM-Signale zu erzeugen, die bei Zeile 1 beginnen und bei Zeile 2K enden (siehe Linien 6 bis 7) . Schließlich zeigt Linie 8, wann die Pixel eingeschaltet sind. Nachdem der Rahmen beendet ist, beginnt der nächste Rahmen. Figur 309 veranschaulicht ein schematisches Schaltungsdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Treiberschaltung 50, die konfiguriert ist, um die m-LED 11 anzutreiben. Die Treiberschaltung 50 ist vollständig digital und benötigt noch weniger Fläche als die in Figur 304 darge stellte Treiberschaltung 10.
In der Treiberschaltung 50 schließt die erste Speicherzelle einen NMOS-Transistor 51 und einen PMOS-Transistor 52 ein, die zwischen der Versorgungsspannung VDD und Masse GND in Reihe geschaltet sind, was bedeutet, dass die Kanäle der beiden Tran- sistoren 51, 52 in Reihe geschaltet sind. Zusätzlich ist ein
Eingang eines Inverters 53 zwischen die Transistoren 51 und 52 geschaltet. Der Ausgang des Inverters 53 ist mit den Gattern der Transistoren 51, 52 verbunden. Ferner sind ein NMOS-Transistor 54 und ein PMOS-Transistor 55 zwischen der Versorgungsspannung VDD und Masse GND in Reihe geschaltet. Die Transistoren 54, 55 empfangen an ihren Gatter anschlüssen ein Setzsignal S1 bzw. ein Rücksetzsignal nicht-Rl . Um dunkle Pixel auszugattern, schließt die Treiberschaltung 50 eine zweite Speicherzelle oder einen Riegel ein, dass die glei che Struktur wie die erste Speicherzelle aufweist und ebenfalls in Figur 309 veranschaulicht ist. Die zweite Speicherzelle schließt einen NMOS-Transistor 56 und einen PMOS-Transistor 57, die in Reihe geschaltet sind, einen Inverter 58 sowie einen NMOS-Transistor 59 und einen PMOS-Transistor 60, die in Reihe geschaltet sind, ein.
Die Transistoren 59, 60 empfangen an ihren Gatteranschlüssen ein Setzsignal S2 bzw. ein Rücksetzsignal nicht-R2. Der Ausgang des Inverters 53 der ersten Speicherzelle erzeugt ein Signal Ql und der Ausgang des Inverters 58 der zweiten Speicherzelle er zeugt ein Signal Q2. Die Signale Ql und Q2 werden in die Eingänge eines NAND-Gatters 61 eingespeist. Ein Inverter 62 ist strom- abwärts des NAND-Gatters 61 angeordnet, und der Ausgang des Inverters 62 ist mit dem Gatter des Transistors 14 gekoppelt, der den Strom durch die m-LED 11 in Abhängigkeit von seiner Gatterspannung ein- und ausschaltet. Das oben gezeigte Funktionszeitdiagramm von Figur 309 macht deutlich, dass ein globales Zurücksetzen zuerst durchgeführt wird, indem das Rücksetzsignal nicht-Rl an die erste Speicher zelle angelegt wird. Dann wird das Setzsignal S1 angelegt, um die erste Speicherzelle an dem Ausgang Ql in den hohen Zustand zu triggern. Die erste Speicherzelle hält den hohen Zustand, bis sie durch das Rücksetzsignal nicht-Rl in den niedrigen Zu stand zurückgesetzt wird. Ein unteres Funktionszeitdiagramm von Figur 309 zeigt die Funktion der zweiten Speicherzelle während des Ladens dunkler Pixel. Zuerst wird ein globales Setzsignal durch die Signale S2 angelegt. Dann werden dunkle Pixel zeilen weise durch das Rücksetzsignal nicht-R2 geladen.
Figur 310 veranschaulicht ein schematisches Schaltungsdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Treiberschaltung 70, die eine Variation der in Figur 309 gezeigten Treiberschaltung 50 ist. Die Treiberschaltung 70 enthält die gleichen ersten und zweiten Speicherzellen wie die Treiberschaltung 50, jedoch ent hält die Treiberschaltung 70 kein NAND-Gatter zur Kombination der Ausgangssignale der ersten und zweiten Speicherzellen. Stattdessen umfasst die Treiberschaltung 70 einen zusätzlichen NMOS-Transistor 71, der in Reihe mit dem Transistor 54 geschal tet ist. Insbesondere ist der Transistor 71 zwischen dem Tran sistor 54 und Masse GND angeordnet. Das Gatter des Transistors 71 wird durch das Ausgangssignal Q2 der zweiten Speicherzelle gesteuert.
Figur 321 illustriert eine Ausführung einer analogen Rampe zur Stromsteuerung in Form einer Steuerschaltung 2500, die einen Pixeltreiber mit geringem Platzanspruch beinhaltet. Sie ist in einem Halbleitermaterial gebaut und benutzt verschiedene hier beschriebene Techniken. Ein derartiges Konzept basiert auf ei ner analogen Rampe zur Lichtsteuerung, ist besonders platzspa rend realisiert und zeigt im Betrieb eine Hysterese, die Rau schen reduzieren wird so wie Doppelpufferung möglich macht. Doppelpufferung erlaubt längere Arbeitszyklen, was den Gesamt leistungsverbrauch reduziert. Dieser Aspekt kann von Vorteil sein, insbesondere, wenn er mit weiteren Leistungssparfunktio nen kombiniert wird. Die Steuerschaltung weist einen Pixeltreiber als eine Kombina tion eines Pulsgenerators 2530 mit einem Spaltendatenpuffer als Eingangsstufe auf. Ein gemeinsamer Rampengenerator 2502, der auch für mehrere Pixel 2506, z.B. einer Zeile oder Spalte be nutzt werden kann, ist in dieser Ausführung Teil der Steuer- Schaltung. Die Steuerschaltung ist mit seinen Ausgang 2521 ge koppelt an einen Steuereingang einer anpassbaren Stromquelle eines m-LED Pixels. Die Stromquelle kann selektiv aktiviert und deaktiviert werden basierend auf einem Pulssignal DW, das an den Steuereingang der anpassbaren Stromquelle angelegt wird. Als Antwort auf das Pulssignal DW ist die m-LED angeschaltet oder ausgeschaltet. In einer alternativen Ausführung kann die Stromquelle durch einen Schalter oder ähnliches Element ersetzt sein, um zu garantieren das die m-LED selektiv an oder ausge schaltet wird. Die Pulslänge von Signal DW korrespondiert mit der Helligkeit des m-LED Elements des Pixels .
Die Steuerschaltung 2500 weist ein Zeilenauswahleingang 2503 für das Zeilenauswahlsignal RS und ein Spaltendateneingang 2504 für das Datensignal AV auf. Diese Eingänge sind ähnlich dem konventionellen Ansatz und tatsächlich können sie auf ähnliche Art benutzt werden. Die Steuerschaltung weist auch einen Trig gereingang 2501 für ein Trigger- oder "ramp start" Signal RaS und einen Rampensignaleingang 2505 für ein Rampensignal. Ähnlich der konventionellen Zelle wie in Figur 345 gezeigt, ist der Spaltendateneingang über einen Schalter 2510 mit einem Kon densator 2509 verbunden, um Dateninformation zu speichern, die mit der Helligkeit der m-LED innerhalb des Kondensators 2509 korrespondiert .
Schalter 2510 ist wie hier beschrieben als ein Feldeffekttran sistor in Si-Technologie oder auch in Ga- oder In-Technologie implementiert. Das Gate oder Steuereingang von Schalter 2510 ist mit dem Zeilenauswahleingang verbunden, um das Zeilenaus- wahlsignal RS zu erhalten. Während jedoch der konventionelle Ansatz, die im Kondensator gespeicherte Ladung benutzt, um den Strom direkt durch die lichtemittierende Vorrichtung zu steu ern, wird Kondensator 2509 zusammen mit Schalter 2510 als ein Eingangspuffer benutzt. Der Ausgang 2511 des Eingangspuffers und insbesondere der Kondensator und der Schalter sind mit dem Pulsgenerator 2530 verbunden, um einen Puls zu erzeugen.
Pulsgenerator 2530 weist einen Komparator 2508 auf, der zum Beispiel einen differentiellen Verstärker und eine als RS-Flip- Flop implementierte Ausgangspufferstufe 2507 enthält, dessen Verhalten mit NOR und NAND Gates ausgedrückt werden kann. Der differentielle Verstärker ist in der gleichen Technologie wie der Schalter 2510 realisiert. Dazu kann er beispielsweise Tran sistoren wie in dieser Anmeldung beschrieben umfassen. Der in- vertierende Eingang 2511 des Komparators ist mit dem Kondensator 2509 verbunden, der nichtinvertierende Eingang 2512 ist verbun den mit den Rampeneingangssignal 2505. Komparator 2508 kann selektiv ausgeschaltet werden, um den Leistungsverbrauch wie später im Detail erklärt zu reduzieren.
Komparator 2508 stellt ein Statussignal oder Vergleichsergebnis CS an seinem Ausgang bereit. Der Ausgang des Komparators ist direkt verbunden mit dem Reset-Eingang R des RS-Flip-Flops 2507. Der set-Eingang S ist verbunden mit dem Triggereingang 2501.
Der Betrieb der Steuerschaltung wird in Bezug auf die in Figur 322 über die Zeit illustrierten verschiedenen Signale näher erläutert. Es sein hierzu angenommen, dass das Zeilenauswahl signal RS angelegt wäre und eine konstante Ladung auf den Kon- densator 2509 geladen wird. Ein konstantes Signal IS ist an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators (entspricht Refe renz 2512) angelegt. Signal IS korrespondiert mit der Helligkeit der mit der Steuerschaltung assoziierten m-LED. Zum Zeitpunkt TI wechselt das Triggersignal RaS von einem nied rigen Pegel LOW auf einen hohen Pegel HIGH und nachfolgend geht der Set-Eingang S des RS-Flip-Flops 2507 ebenfalls auf HIGH. Zum Zeitpunkt T3 wird das Triggersignal RaS wieder auf den Pegel LOW wechseln. Das Rampensignal Rsig ist zur selben Zeit TI angelegt. Rampensignal Rsig ist linear ansteigend über die Zeit, in der der Trigger HIGH ist. Das heißt, Rampensignal Rsig star tet von einem ersten Wert, der mit LOW korrespondiert, und steigt auf einen zweiten Pegel, d.h. den HIGH-Pegel. Rampensig nal Rsig ist auch an den nichtinvertierenden Eingang des Kom- parators angelegt. Während der Zeitperiode von TI nach T2 ver gleicht der Komparator das im Kondensator 2509 gepufferte Signal IS mit Rampensignal Rsig. Solange das Signal an dem nichtinver tierenden Eingang niedriger ist als der invertierende Eingang bleibt das an den Reset-Eingang R des RS-Flip-Flops angelegte Ausgangssignal LOW. Zum Zeitpunkt T2 empfängt der Reset-Eingang R die steigende Flanke des Ergebnissignals CS, wenn der Ausgang des Komparators von LOW auf HIGH wechselt. Zu der Zeit wird das Rampensignal höher als das gepufferte Signal IS.
Als ein Ergebnis dieses Übergangs setzt der Ausgang Q des RS- Flip-Flops ab dem Zeitpunkt T2 das Steuersignal DW für die Stromquelle auf LOW Wert zurück. Es wird so ersichtlich, dass der Zeitpunkt T2, bei dem das Ausgangsignals DW die Stromquelle wieder abschaltet somit von der im Kondensator 2509 gespeicher ten Ladung abhängt, sofern eine gleichmäßig ansteigende Rampe Rsig vorausgesetzt wird. Damit wird durch das Rampensignal RSig und dem Signal IS ein Puls definiert, dessen Länge im Wesent lichen der Zeitdauer von T0 bis T2 entspricht.
Zum Zeitpunkt T3 geht das Triggersignal von HIGH nach "LOW". Zum selben Zeitpunkt wird das Rampensignal ausgestellt, was den Komparator veranlasst ein "LOW" Signal auszugeben. Deshalb wer den beide Signale am R und S Eingang zu LOW übergehen. Wegen einer kleinen Hysterese in dem Komparator wird der Übergang für das Triggersignal am Eingang S ein wenig schneller sein, was das Flip-Flop veranlasst, unabhängig von dem Übergang von Signal CS am Eingang R das Ausgangsignal DW aus LOW zu belassen. Zum Zeitpunkt T5 wiederholt sich Triggersignal RaS am Eingang S. Ebenso beginnt das Rampensignal Rsig erneut bei seinem Start wert .
Der Zeitraum zwischen Zeit T3 bis T5 ist die Austastzeit, die für die Umprogrammierung der entsprechenden Spalten in jeder Reihe benutzt wird. Zu diesem Zweck wird das Zeilenauswahlsignal zum Zeitpunkt T7 getriggert, was die Spaltendatenleitung über den Schalter 2510 mit dem Kondensator verbindet. Der Kondensator 2509 wird dann auf einen neuen Wert geladen oder entladen. In dem vorliegenden Beispiel wird der Kondensator 2509 auf einen viel kleineren Wert entladen, der mit einer verschiedenen (ge ringeren) Helligkeit korrespondiert. Das Wiederaufladen ist zum Zeitpunkt T7 initiiert und endet zum Zeitpunkt T4, zu der das Zeilenauswahlsignal RS wieder auf LOW geht, wobei es den Schal ter öffnet. Eine andere Reihe kann angesprochen und umprogram- miert werden während des Zyklus für die vorliegende Reihe zum Zeitpunkt T5 wieder startet.
Wegen des niedrigeren Pegels für Signal IS, wechselt der Kom parator 2508 nun in dem neuen Zyklus seinen Ausgang viel früher zum Zeitpunkt T6. Folglich fällt Ausgang Q zu "LOW" zum Zeit punkt T6, was viel kürzer ist als für die vorangegangene Zeit periode des Triggersignals RaS . Der Ausgang Q mit seinem Steu ersignal DW steuert den Strom durch die damit gekoppelte m-LED. Je länger das Ausgangssignal DW auf HIGH verharrt, desto länger fließt ein Strom durch die m-LED, was zu einer großen Helligkeit für die entsprechende Farbe führt. Komparator 2508 und viel leicht auch das RS-Flip-Flop können während der Umprogrammie rung und der Austastungszeit ausgeschaltet sein, um den Leis tungsverbrauch zu reduzieren. Zu diesem Zweck weist zumindest der Komparator eine Leistungssteuereinheit 2520 auf, die mit dem Triggereingang verbunden ist. Solange das Triggersignal Rsig HIGH ist, ist der Komparator 2508 mit Strom versorgt, um seinen Betrieb durchzuführen. Während der Abtastungszeit ist er als Antwort auf das Triggersignal ausgeschaltet.
Da in einigen Beispielen die Abtastungszeit signifikant länger sein kann als die aktuelle Zeit für das Triggersignal, kann der ganze Pulsgenerator ausgeschaltet sein. In einer alternativen Ausführung wird wieder Bezug genommen auf Zeit T2 in Figur 322. Der Komparator schaltet sein Ausgangsignal CS von LOW nach HIGH, sobald das Rampensignal die Schwelle des gepufferten Signals IS erreicht. Triggersignal S ist noch auf HIGH, was das RS-Flip-Flops veranlasst, das Ausgangssignal auf LOW zu schalten. Wie man sehen kann, bleibt der Ausgang Q un abhängig vom Pegel an dem Reset-Eingang R auf LOW. Deswegen könnte der Komparator nach einem Rücksetzen wegen des Übergangs des Signals am Eingang R ausgeschaltet werden. In einigen Va- rianten kann die Leistungssteuerungseinheit 2520 an den Ausgang Q gekoppelt sein, um die Stromversorgung des Komparators auf Grundlage des Zustands des Ausgangs Q zu steuern.
Segmentierung und zusätzliche Rampen können benutzt werden, wenn verschiedene Zeilen angesprochen werden. Dies würde es erlau ben, eine räumlich-zeitliches Multiplexing zu implementieren, was die Erzeugung von Stromspitzen reduziert und zu einem we niger variierenden Leistungsverbrauch führt. Während in dem vorliegenden Beispiel Signale an spezifische Eingänge am Kom- parator angelegt wurden, kann der Fachmann erkennen, dass die Gestaltung dieses Prinzips geändert werden kann. Zum Beispiel können invertierender und nichtinvertierender Eingang ausge tauscht werden, was zu einem inversen Verhalten führt. Das RS- Flip-Flop erfordert zwei Transistoren und Widerstände, was eine kleine Asymmetrie während des Designs in dem RS-Flip-Flop (z.B. durch Anpassung des Wertes von einem Widerstand) implementiert, passt das Schaltverhalten an und wird Undefinierte Zustände verhindern . Bei einigen m-Displays kann es zu einzelnen Pixelfehlern kommen, bei denen die m-LEDs beschädigt. Derartige Fehler lassen sich nicht vermeiden. Jedoch ist eine Reparatur bei der Größe eines m-Displays nur mit einem sehr großen Aufwand möglich. Daher wird vorgeschlagen, Subpixel nicht nur redundant auszulegen, d.h. mehr als ein Subpixel der gleichen Farbe vorzusehen, sondern redundante m-LED Zweige mit Auswahlsicherung bereitzustellen. Diese redundanten Pixel können zudem an die gleiche Stromquelle angeschlossen sein. In einem Test wird nun die Funktionsfähig keit einer jeden m-LED geprüft. Sofern die Prüfung zwei funk- tionsfähige m-LEDs ergibt, kann eine davon gezielt deaktiviert werden, um Farbänderungen oder Helligkeitsverlust der anderen m-LED aufgrund des unterschiedlichen Stromflusses auszuglei chen. Wird hingegen ein Fehler detektier, so wird die redundante m-LED weiterverwendet.
Figur 323 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer vorgeschlagenen Vorrichtung, die derartige Redundanz bei gleichzeitiger Aus wahlsicherung bereitstellt. Die Darstellung zeigt zwei Pixel zellen mit jeweils einem ersten und zweiten Zweig, der je eine m-LED Dia bzw. Dlb aufweist. Die m-LED Dia und Dlb sind an einen gemeinsamen Bezugspotentialanschluss GND angeschlossen. Ihre anderen Anschlüsse sind jeweils mit einer elektronischen Siche rung Fa und Fb verbunden. Diese sind beispielsweise eine Schmelzsicherung, welche aufschmilzt wenn der Strom durch die Sicherung groß genug wird. Der zweite Zweig, d.h. der Zweig mit der Sicherung Fb und der m-LED Dlb zeigt außerdem ein Einpräge- Bauelements EPT. Diese ist in der Ausführung als MSOFET Tran sistor ausgeführt und mit seinem Drainanschluss zwischen Siche rung und m-LED geschaltet. Sein Sourcekontakt geht an das ge- meinsame Bezugspotential, dem Gate ist das Auswahlsignal Vburn über die Einprägesignalleitung EP die zuführbar. Grundsätzlich können mittels der Einprägesignalleitung EP je nach Verschal tung Zeilen oder alternativ Spalten adressiert, angesteuert o- der ausgewählt werden.
Zudem umfasst die Pixelzelle eine 2T1C Schaltung mit einem stromtreibenden Transistor TI . Dieser ist einerseits an das Versorgungspotential angeschlossen und andererseits mit dem ersten und zweiten Zweig und dessen Sicherungen Fa und Fb ver- bunden. Ein Ladungsspeicher C ist mit dem Gate des ersten Tran sistors TI sowie mit dem Sourceanschluss des ersten Transistors TI elektrisch verbunden. Weiterhin umfasst die „tlC Zelle auch noch einen Transistor T2, der zwischen den Datenanschluss Vdata und das Gate des Transistors TI geschaltet ist. An seinem Gate kann das Auswahlsignal zugeführt werden.
Für je eine Farbe eines Pixels können zwei jeweils elektrisch in Serie zu einer elektrischen Sicherung Fa und Fb angeschlos- sene m-LEDs Dia und Dlb, vorgesehen sein. Auf diese Weise wird für jedes Pixel eine Redundanz bei allen Subpixeln erzeugt.
Für den Fall, dass m-LEDs jeweils entlang einer Zeile und ent lang einer Spalte an einer gemeinsamen Einprägesignalleitung EP elektrisch angeschlossen sind, kann jede Pixelzelle beispiels weise einer Spalte mittels einer gemeinsamen Versorgungsleitung zu einem auf einem gemeinsamen Träger außerhalb des aktiven Displays angeordneten Schalttransistor an den Versorgungspoten tialanschluss VDD elektrisch angeschlossen und adressierbar sein. Sicherungen einer Spalte können so ausgelöst beziehungs weise zum Schmelzen gebracht werden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise dieser Schaltung näher erläutert .
In einem ersten Fall sei eine der beiden m-LED defekt und zwar dergestalt, dass sie „OPEN" ist, also durch die defekte m-LED kein Stromfluss stattfindet. Dann ergibt der Test ein entspre chendes Resultat und die jeweils andere m-LED wird automatisch verwendet. Hingegen kann auch ein „SHORT" d.h. ein Kurzschluss vorliegen. Wenn dieser Kurzschluss ist der Widerstand durch die kurzgeschlossene Diode sehr gering, so dass der Strom über die jeweilige Sicherung deutlich größer wird. Dadurch wird diese bei einem SHORT ebenfalls durchtrennt. Ein dritter Fall betrifft die Situation, dass beide m-LED er wartungsgemäß funktionieren. In diesem Fall teilt sich der Strom der Stromquelle auf beide Zweige auf, womit es zu einem Farb fehler kommen kann. Die dominante Wellenlänge ist dabei abhängig vom gewählten Strom. Daher wird in einem solchen Fall das Signal Vburn (hohes Potential, z.B. VDD) angelegt, so dass das Ein- präge-Bauelements EPT leitend wird. Bei gleichzeitig voll durch geschalteten Transistor TI durch ein entsprechendes Signal auf der Daten- und Auswahlleitung liegt so an der Sicherung ein hohes Potential an. Der daraus resultierende hohe Stromfluss zerstört die Sicherung Fb, so dass die Diode Dlb sicher getrennt wird .
Bei einer Ausgestaltung in PMOS Technologie vertauschen sich die Potential und Signale in ihrer Polarität entsprechend.
Die Sicherung kann als ein Metallstreifen mit verschiedenen Breiten ausgebildet sein. Eine Länge kann beispielsweise 33 [pm] , eine Breite an einem Längsende 20 [pm] , an dem anderen Längsende 9 [pm] und in einem 12 [pm] langen Mittelbereich 2 [pm] sein. Die Längsenden können quadratisch und rechteckig geschaffen sein und Durchgänge aufweisen. Das quadratische Längsende kann in Richtung zu dem Transistor TI und das recht eckige Längsende kann zu einer Leuchtdiode hin ausgebildet sein. Ein Material kann beispielsweise IGZO sein.
Anstelle von den oben erwähnten Metallstreifen kann auch ein Dünnschichttransistor insbesondere in Dioden-Verschaltung ver wendet werden, bei der Gate und Source dauerhaft elektrisch verbunden sind. Jede m-LED kann mit einem eigenen Dünnschicht transistor versehen werden. Dieser kann sowohl als regelbare Stromquelle sowie als elektrische Sicherung fungieren. Durch ein Signal kann der Dünnschichttransistor beispielsweise auf Nullpotential gezogen werden, so dass dieser infolge des erhöh ten Stromflusses durchbrennt und die m-LED weggeschalten wird. Grundsätzlich sind alle bekannten elektrischen Sicherungsarten anwendbar. Ein Aktivieren oder Auslösen muss die Sicherung nicht zerstören, aber auf jeden Fall die zugeordnete m-LED sicher stromlos schalten.
Auf diese Weise kann ein End-of-Line-Test ohne zusätzliche Pro zessschritte wie beispielsweise ein Laser-Schneiden oder Ver gleichbares durchgeführt werden. Es ist zudem eine Kombination mit Einpräge-Dioden als Einpräge-Bauelemente möglich.
Figur 323 zeigt auf der rechten Seite eine Nachbarzelle einer ersten Pixelzelle. Je Zeile können eine Auswahl-Signalleitung Vsel eine Einpräge-Signalleitung EP und eine Datensignalleitung Vdata angeschlossen sein. Die Auswahl-Signalleitung erzeugt mit Vsel und Vdata ein Signal zur Auswahl der betreffenden Zeile zum Aktivieren der dazugehörigen Sicherungen. Die Einpräge-Sig nalleitung EP stellt eine Durchschmelzspannung V burn zum Er zeugen eines Durchschmelzstromes I burn bereit. Figur 324 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer vorge schlagenen Vorrichtung, bei der die Anordnung zwischen Strom quelle und m-LEDs vertausch sind. Während in Figur 323 eine Ausgestaltung mit einer Common-Kathode gezeigt ist, ist in Figur 324 eine Common-Anoden Anordnung mit den m-LEDs dargestellt.
Die Anodenanschlüsse der m-LEDs Dia und Dlb sind an den Versor gungspotentialanschluss VDD angeschlossen. Ein erster Stromlei tungskontakt eines ersten Transistors TI ist mit dem Bezugspo tentialanschluss GND verbunden. Der Drainanschluss des ersten Transistors TI führt an den gemeinsamen Anschluss der elektri schen Sicherungen Fa und Fb . Die Auswahlhalteschaltung weist einen Ladungsspeicher C auf, der mit dem Steuerkontakt des ers ten Transistors TI sowie mit einem Sourceanschluss des ersten Transistors TI verbunden ist. Die Funktionsweise dieser Anordnung ist ähnlich, jedoch ist der Transistor EPT zwischen die Sicherung Fb und m-LED Dlb und das Versorgungspotential geschaltet. Über eine Einprägesignallei- tung EP kann eine Spannung V burn an das Gate des Einprägetran- sistors EPT angelegt und damit die elektrische Sicherung Fb, die eine Schmelzsicherung ist, zum Schmelzen gebracht werden.
Figur 325 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrich tung mit redundanten Zweigen an m-LEDs, die mittels Auswahlsi- cherung selektierbar sind. Im Unterschied zu der Ausführung in Figur 325 ist die Reihenschaltung aus Sicherung und m-LED in jedem Zweig vertauscht. Somit liegt die Sicherung direkt an dem Versorgungspotentialanschluss an, die m-LED eines jeden Zweiges ist kathodenseitig an einen gemeinsamen Basispunkt und mit dem stromtreibenden Transistor TI verbunden. Weiterhin ist der Ein- prägetransistors EPT mit seinem Drainanschluss zwischen Siche rung Fb und m-LED Dlb geschaltet. Sein Sourceanschluss führt ebenfalls an den gemeinsamen Basispunkt für die m-LEDs den Stromtreibertransistor TI. Die 2T1C Zelle ist gleich wie in der vorherigen Figur aufgebaut. Zum Schmelzen der Sicherung wird die Diode Dlb mit dem Einprägetransistors EPT und dem Signal Vburn überbrückt, so dass ein hoher die Sicherung schmelzender Strom durch die Sicherung Fb fließt. Da die Leuchtdioden hier nicht gemeinsam an die Potentialan schlüsse für VDD oder GND angeschlossen sind, ist keine gemein same Elektrode der m-LEDs realisierbar, d.h. eine Elektrode für mehrere Pixel. Diese Anordnung ist beispielsweise dann geeig net, wenn prozesstechnisch keine gemeinsame Elektrode erforder- lieh ist.
Figur 326 zeigt ein leichte Abänderung der Ausführung nach Figur 323. Hier sind zum einen die Transistoren als PMOS ausgeführt (insbesondere Transistor TI) und der Ladungsspeicher ist zwi- sehen Gate und dem festen Versorgungspotential geschaltet. Vor teil dieser Ausführung ist die Unabhängigkeit der Spannung über den Ladungsspeicher im Gegensatz zu der Rausführung der Figur 323, bei der die Spannung über den Ladungsspeicher C aufgrund der Vorwärtsspannung bzw. Änderungen derselben aufgrund von Temperaturschwankungen leicht variieren kann. Der gleiche Vor teil einer Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen zeigt auch die Ausgestaltung der Figur 324. Figur 327 zeigt eine weitere alternative Ausführung der Ausfüh rung der Figur 326. Das Einpräge-Bauelement ist hier eine Ein- präge-Diode EPD, die mit einem Anschluss an einem zweiten An schluss der m-LED Dlb, dem die Einpräge-Diode EPD zugeordnet ist, und deren anderer Anschluss an eine Einprägesignalleitung EP angeschlossen ist, mittels der eine Adressierung erfolgen kann. Nach der Figur 327 ist ein erster Anschluss der Einpräge- Diode EPD zwischen Sicherung Fb und m-LED Dlb und ein zweiter Anschluss der Einpräge-Diode EPD an die Einprägesignalleitung EP angeschlossen. An letzterem wird auch die Schmelzspannung V burn angelegt, mit der die elektrische Sicherung schmilzt.
Im Betrieb erfolgt eine Selektion einer auszulösenden elektri schen Schmelzsicherung Fb mittels eines Durchschaltens des ers ten Transistors TI. Es erfolgt dazu eine entsprechende Program- mierung durch die Datenleitung Data und die Selektionsleitung Sei einer Spannung auf den Ladungsspeicher C. Der VDD-Anschluss wird im Gegensatz zu einem normalen Betrieb auf 0 Volt oder eine negative Spannung gelegt. An die Einpräge-Signalleitung EP wird dann eine Spannung V burn angelegt, die positiver als die Span- nung an VDD ist. Auf diese Weise fließt ein hoher Strom IF beziehungsweise I burn über die Einpräge-Diode EPD über die elektrische Sicherung Fb und den leitend geschalteten ersten Transistor TI, wobei die Sicherung Fb in der gewählten Pixel zelle ausgelöst wird. Die Sicherung Fb schmilzt und die dazu- gehörige Leuchtdiode Dlb wird weggeschaltet. Zudem sollte das Potenzial an dem ersten Potenzialanschluss GND idealerweise ebenso größer als 0 Volt sein, beispielsweise gleich der Schmelzspannung V burn, damit kein großer Strom über die Leucht diode Dlb oder Dia fließt und diese schädigen kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fließt der für das Auslösen der elektrischen Sicherung Fb nötige Strom (IF, I burn) in die entgegengesetzte Richtung, wie er bei einem „Normalbetrieb" fließen würde. Nach diesem Verfahren im Rahmen eines EOL-Tests werden keine zusätzlichen Prozessschritte, wie es beispiels weise ein Laser-Schneiden sein kann oder Ähnliches, erforder lich.
Figur 328 zeigt eine Abänderung der Ausführung nach Figur 327, bei der die Einprägediode lediglich umgedreht wurde. Sie ist jetzt anodenseitig zwischen Sicherung Fb und m-LED Dlb des zwei ten Zweigs geschaltet. Die Anordnung gemäß Figur 328 ist mittels PMOS-Thin-Film-Transistors als Stromtreibertransistor TI und einer gemeinsamen Kathodenanordnung für die m-LEDs geschaffen. Sämtliche Einpräge-Signalleitungen EP einer Zeile eines Dis plays sind hier zusammengeschaltet. Eine Selektion der auszu lösenden elektrischen Sicherung Fb erfolgt mittels Durchschal tens des ersten Transistors TI. Dazu wird der Ladungsspeicher C auf o V oder eine andere Spannung gelegt, so dass TI leitend wird. Am VDD-Anschluss liegt eine Spannung von 10 Volt oder eine andere positive Spannung gelegt. Die Spannung V burn, die an der Einpräge-Signalleitung EP angelegt wird, ist hier negativer als die Spannung am Versorgungspotenzialanschluss VDD und be trägt beispielsweise 0 Volt. Auf diese Weise fließt ein hoher Strom I burn über die Einpräge-Diode EPD, über die elektrische Schmelzsicherung Fb und den leitend geschalteten ersten Tran sistor TI, wobei die Sicherung Fb in der gewählten Pixelzelle ausgelöst und damit geschmolzen wird. Währenddessen sollte das Potenzial an dem ersten Potenzialan schluss GND idealerweise ebenso größer als das Potenzial an dem zweiten Potenzialanschluss VDD sein, damit die Leuchtdioden Dia und Dlb in Sperrrichtung geschaltet sind und damit trotz lei tendem ersten Transistor TI kein hoher Strom über die Leucht diode Dlb oder Dia fließt und diese schädigen kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fließt der für das Auslösen der Sicherung Fd nötige Strom (IF) I burn in die gleiche Richtung, wie er in einem „Normalbetrieb" der Anordnung fließen würde.
Figur 329 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahren zur elektronischen Konfiguration einer Mehrzahl von m-LEDs . In ei nem ersten Schritt S1 werden die m-LEDs jeweils des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges auf ihre Funktionalität getes tet. Hieraus ergeben sich mehrere Möglichkeiten, von denen die folgende die wohl am häufigste vorkommt. Bei dieser funktionie ren beide m-LEDs erwartungsgemäß. Wenn dies der Fall ist, wird in einem zweiten Schritt S2 ein Einprägesignal an das elektro nischen Einpräge-Bauelements angelegt. Sodann wird ein Strom durch den Stromtreiber oder die Stromquelle bereitgestellt, der über das nun leitende Stromeinprägeelement fließt. Der Strom ist dabei so gewählt, dass zwar die m-LEDs nicht beschädigt werden, die Sicherung des jeweiligen Zweiges aber zerstört wird. Dadurch wird der entsprechende Zweig deaktiviert. Bei einem Fehler hingegen, ist lediglich eine der beiden Zweige noch funk tionsfähig. Das andere ist entweder „OPEN" d.h. es fließt gar kein Strom über den fehlerhaften Zweig oder „SHORT" d.h. es liegt ein Kurzschluss vor. In letzterem kann durch den erhöhten Strom und den geringen Wiederstand in diesem Zweig die Sicherung in dem fehlerhaften Zweig zerstört werden, wodurch dieser von SHORT und OPEN wechselt die Funktion der gesamten Anordnung nicht mehr beeinträchtigt. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann die Einpräge- signalleitung als globale, das heißt, mit allen Pixeln verbun dene Leitung ausgeführt werden. Eine Adressierung erfolgt über die Versorgungsleitung über Transistorschaltungen auf einem Pa- nel außerhalb eines aktiven Displays sowie über die Auswahllei tungen und entsprechende Programmierung der Ladungsspeicher der 2T1C Zellen.
Auf diese Weise ergibt sich ein reduzierter Aufwand bei der Verdrahtung. Ebenso kann eine Reduktion der notwendigen Layers beziehungsweise Schichten erfolgen, was zu einer Reduktion der Kosten führen kann. Die Schalttransistoren müssen jedoch derart ausgeführt werden, dass diese den Strom einer Spalte tragen können. Des Weiteren ergibt sich eine erhöhte Verlustleistung im Panel beziehungsweise im gemeinsamen Träger während dieses Vorgangs .
Die beschriebene Gestaltung der Schaltung mit zwei Schmelzsi cherungen kann für eine Vielzahl von m-LED Ausgestaltungen ein- gesetzt werden.
Figur 330 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung nach dem vorgeschlagenen Konzept kombiniert mit einer in dieser Anmel dung offenbarten Schlitzantennenanordnung. Die Schlitzantenne weist dabei einen Halbleiterschichtenstapel mit einem unteren Kontaktbereich 1005 und einem oberen Kontaktbereich 1011 auf. Der obere Kontaktbereich 1011 einer jeden Schlitzantenne ist über eine transparente Deckelektrode 1002 an einen gemeinsamen Massenpotenzialanschluss GND innerhalb des Substrats 1007 an- geschlossen. Das Substrat 1007 beherbergt darüber hinaus auch die weiteren Schaltungselemente zur Ansteuerung und zum Testen der Schlitzantenne. Die Kontaktebereiche 1005 der beiden Schlitzantennen sind nun an eine Schmelzsicherung Fa bzw. Fb angeschlossen. Zwischen der Schmelzsicherung Fb und dem Kon- taktbereich 1005 der rechten Schlitzantenne ist zudem ein Ab griff vorgesehen, der an die Einprägediode EPD und die ein Einprägesignalleitung EP führt.
Die jeweils anderen Anschlüsse der Schmelzsicherungen Fa und Fb sind an den Ausgang des Stromtreibertransistor TI angeschlos sen. Der Stromtreibertransistor TI bildet zusammen mit dem Aus wahltransistor T2 und dem zwischen dem Versorgungspotenzial VDD und dem Steueranschluss des Stromtreibertransistor TI angeord neten Kondensator eine 2T1C-Zelle zur Versorgung der beiden Schlitzantennen. In einem Aspekt ist der Stromtreibertransistor TI der in dieser Anmeldung offenbarte Dual-Gate Transistor
Wie in den vorherigen Beispielen erläutert wird durch einen Testschritt evaluiert, ob die beiden Schlitzantennen funktions fähig sind. Sofern dies der Fall ist, wird durch das Trennele ment EPD die Schmelzsicherung Fb zerstört und so die rechte Schlitzantenne von der Stromversorgung abgeschnitten. Bei einem vorliegenden Defekt einer der beiden Schlitzantennen, erfolgt die Stromversorgung der übrigen funktionsfähigen Schlitzantenne über die 2T1C-Zelle.
Figur 331 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung, bei der m-LEDs in Form von horizontal ausgerichteten Mikrorods vorgesehen sind. Diese sind, wie in der Ausführungsform der Figur 42 bereits erläutert mit ihrem jeweiligen Kontakt 2 an einen Kontaktbereich 3 auf dem hier nicht dargestellten Substrat angeschlossen. Der Kontaktbereich 3 ist wiederum mit dem gemeinsamen Bezugspoten zial GND verbunden. Der rückseitige Kontaktanschluss eines je den Mikrorods ist an die jeweilige Schmelzsicherung Fa bzw. Fb angeschlossen. m-LED Dib ist hierbei die redundante Diode und führt mit ihrem rückseitigen Kontaktanschluss an den Einpräge- transistor EPT. Zum Schmelzen der Sicherung Fb wird das Einprä- gesignal Vbum an den Steueranschluss angelegt, wodurch ein hoher Strom durch die Schmelzsicherung vom Stromtreibertransistor TI zur Einprägesignalleitung EP fließt. Auf diese Weise wird der horizontal ausgerichtete Mikrorod Dib von der Stromversorgung getrennt. Bei fertigungsbedingtem Ausfall des Mikrorods Dia ent weder durch einen Kurzschluss oder einen Trennschluss versorgt die 2T1C-Zelle mit ihrem Stromtreibertransistor TI den Mikrorod Dib ·
Figur 332 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei dem eine Reihe von Basismodulen 5 vorgesehen ist. Jeweils zwei erste benach barte Kontakte sind über jeweilige Schmelzsicherungen Fa und Fb an den Versorgungspotenzialanschluss VDD angeschlossen. Zwischen der Schmelzsicherung Fb und dem jeweiligen Kontakt ist ein Ein- prägetransistor angeschlossen, der mit dem Ausgang des Strom treibertransistor TI einer jeweiligen Stromquelle verbunden ist. In dieser Ausführung ist jeweils ein paar von Basismodulen an eine gemeinsame Stromquelle umfassend eine 2T1C-Zelle aus dem Stromtreibertransistor TI, dem Auswahltransistor T2 und ei nem Kondensator verbunden. Bei einem positiven Test der beiden Basismodule wird über den Steueranschluss des Einprägetransis- tor EPT ein Schaltsignal angelegt und damit ein Schmelzstrom über den Transistor TI auf die jeweilige Schmelzsicherung Fb geschaltet .
Kleinbauende Displayanordnungen mit einer hohen Auflösung sind insbesondere für AR-Systeme erwünscht, wie Head-up-Displays o- der Brillen mit einem Lichtfelddisplay, das ein Rasterbild di rekt auf die Netzhaut projiziert. Für m-Displays mit pixelgroßen Lichtquellen werden unter anderem sogenannte m-Displays in Mat rixform auf Basis von GaN oder InGaN vorgeschlagen.
Figur 333 zeigt ein eine Displayanordnung, umfassend ein IC- Substratbauteil und einen darauf aufgesetzten monolithischen pixelierten Optochip als ein erstes Ausführungsbeispiel im Quer schnitt. Dargestellt ist ein IC-Substratbauteil 1 mit monoli thisch integrierten Schaltungen 2.1, 2.1, 2.3 und mit durch diese angesteuerten IC-Substratkontakten 3.1, 3.2, 3.3. Das IC- Substratbauteil 1 kann weitere Komponenten zur Steuerung, Leis tungsversorgung und für den Signalaustausch mit Peripheriege räten aufweisen, wobei exemplarisch eine Schnittstelle 23 skiz- ziert ist. In diesem Zusammenhang sei auf weitere verschiedene Ausführungen in dieser Anmeldung verweisen, welche die digita len und analogen Schaltungskomponenten näher beschreiben. Be spielhaft seien hier die Figuren 339A bis 339C, 340A und 340B mit zugehöriger Beschreibung genannt.
Die IC-Substratkontakte 3.1, 3.2, 3.3. sind metallisch ausge führt und jeweils von einer isolierenden Schicht getrennt. Auf dem IC-Substratbauteil 1 ist ein monolithischer pixelierter Optochip 4 angeordnet und mit den IC-Substratkontakten 3.1, 3.2, 3.3 elektrisch und mechanisch verbunden. Genauer formuliert, sind Kontakte 22.1m 22.2 und 22.3 auf der Oberfläche des pixe lierter Optochip 4 so eingebracht, dass sie bei einer exakten Positionierung auf dem IC den IC-Substratkontakte 3.1, 3.2, 3.3. gegenüberliegen. Wie dargestellt sind die Kontakte jeweils gleich groß, so dass auch ein geringer Versatz wie dargestellt keine negativen Auswirkungen hat und ein Kurzschluss vermieden ist. Verschiedene Techniken für eine derartige Verbindung sind in dieser Anmeldung offenbart. Der monolithische pixelierte Optochip 4 umfasst eine Halbleiter schichtfolge 5 mit einer ersten Halbleiterschicht 6 mit p-Do- tierung und einer zweiten Halbleiterschicht 7 mit n-Dotierung, wobei die erste Halbleiterschicht 6 und zweite Halbleiterschicht 7 großflächig angelegt sind und sich in die senkrecht zur Sta- pelrichtung 8 verlaufende Lateralrichtung im Wesentlichen über den gesamten monolithischen pixelierten Optochip 4 erstrecken. Im Einzelnen nicht dargestellt sind Ausführungsvarianten der Halbleiterschichten 6, 7 mit mehreren Einzelschichten unter schiedlicher Dotierungsstärke oder aus unterschiedlichen Halb- leitermaterialien . Zwischen der ersten Halbleiterschicht 6 und der zweiten Halbleiterschicht 7 liegt eine nicht im Detail ge zeigte aktive Schicht mit Quantentöpfen in deren Bereich sich bei einem Stromfluss durch die Halbleiterschichtfolge 5 in Sta pelrichtung 8 eine elektromagnetische Strahlung emittierende aktive Zone 24 ausbildet.
Auf der Vorderseite 17 über der Halbleiterschichtfolge 5 ist eine transparente Kontaktschicht 16, beispielsweise aus Indi umzinnoxid (ITO), flächig angelegt. Um zu einer m-LED 9 mit einer kleinen Pixelgröße P, im vorliegenden Ausführungsbeispiel von 2 pm bis 5 pm Diagonalgröße, zu gelangen, ist der erste Lichtquellenkontakt 10.1, 10.2, 10.3 auf der zum IC-Substrat- bauteil 1 weisenden Unterseite der ersten Halbleiterschicht 6 wesentlich kleiner als die Pixelgröße P. Für das Ausführungs- beispiel wird eine maximale Diagonale MD des ersten Lichtquel lenkontakts 10.1, 10.2, 10.3 von 300 nm gewählt, sodass das
Merkmal erfüllt ist, wonach die Projektionsfläche 13 des ersten Lichtquellenkontakts 10.1, 10.2, 10.3 auf der m-LED-Rückseite
12 höchstens der halben Fläche der m-LED-Rückseite 12 ent- spricht. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel weist die Pro jektionsfläche 13 bei einer Diagonalen von 4pm ca. 5% der Fläche der m-LED-Rückseite 12 auf. Daraus resultiert ein lateral be grenzter Strompfad 25 innerhalb der m-LED 9 zwischen dem ersten Lichtquellenkontakt 10.2 und dem durch einen Abschnitt der transparenten Kontaktschicht 16 gebildeten zweiten Lichtquel lenkontakt 11, der zu einer in Lateralrichtung begrenzten ak tiven Zone 24 führt. Zusätzlich werden nicht-strahlende Rekom binationen an den Rändern der aktiven Zone 24 unterdrückt. Zur Verbesserung der Lateralbegrenzung des Strompfads 25 werden be- vorzugt die Dotierungen der ersten Halbleiterschicht 6 und der zweiten Halbleiterschicht 7 so gewählt, dass diese eine p- oder n-Leitfähigkeit kleiner als 104 Sm_1, bevorzugt kleiner als 3*103 Sm_1, weiter bevorzugt kleiner als 103 Sm_1 aufweisen. Zusätzlich ist es vorteilhaft, die Schichtdicke SD der ersten Halbleiter- Schicht 6 klein zu wählen. Dabei wird bevorzugt, dass die Schichtdicke SD der ersten Halbleiterschicht 6 in Stapelrich tung 8 höchstens das Zehnfache und bevorzugt höchstens das Fünf fache der maximalen Diagonale MD des ersten Lichtquellenkontakts 10.1, 10.2, 10.3 in Lateralrichtung beträgt.
Erfindungsgemäß ist der erste Lichtquellenkontakt 10.2 in eine senkrecht zur Stapelrichtung 8 weisende Lateralrichtung von ei nem rückseitigen Absorber 15.1, 15.2 mit einer optischen Blo ckadewirkung umgeben, wobei der rückseitige Absorber 15.1, 15.2 bevorzugt aus Silizium, Germanium oder Galliumarsenid besteht und/oder eine Graphen- oder Rußpartikel-Einlagerung aufweist. Aus dem in Figur 334 gezeigten Lichtpfad 26 für das erste Aus führungsbeispiel ist ersichtlich, dass durch diese Maßnahme das Übersprechen von einer angesteuerten m-LED 9 in benachbarte Pixel verringert wird.
Für das in Figur 335 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel werden für die mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dargestellt sind dreidimensionale Strukturen auf der Oberseite der zweiten Halbleiterschicht 7, die die Lichtauskopplung zur Vorderseite 17 verbessern. Ersichtlich ist, dass der Grad der Totalreflek- tionen verringert und der Auskopplungskegel vergrößert werden. Für eine im Einzelnen nicht dargestellte Ausführungsalternative sind auf der Vorderseite 17 Fresnellinsen-Strukturen vorgese hen. In einer anderen Alternative sind auf der Oberfläche pho- tonische Kristallstrukturen angeordnet. Derartige Maßnahmen werden in dieser Anmeldung noch im Einzelnen beschrieben. In diesem Zusammenhang wird auf die Figuren 223A bis 223F sowie 225 bis 247 verwiesen, die verschiedene Ausgestaltungen und
Techniken zeigt. In einigen sind dort Strukturen über den m- LEDs angeordnet und erstrecken sich zum Teil auch in die aktive Schicht. Eine derartige Kombination ist ebenso möglich, um eine Einschnürung und Lokalisation der Rekombinationszone zu erzeu- gen. Figur 336 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem rück seitigen Absorber 15.2, 15.2, der in die Halbleiterschichtfolge 5 hineinragende Teilabschnitte 27.1, 27.2 aufweist, die den
Grenzbereich zwischen benachbarten m-LEDs 9 zusätzlich abschir- men. Für die Teilabschnitte 27.1, 27.2 können strukturierte
Elemente aus reflektierenden Materialien, wie Aluminium, Gold oder Silber, oder aus dielektrischen Materialien, deren Bre chungsindex kleiner als jener der ersten Halbleiterschichten 6, 7 ist, verwendet werden. Für eine Weitergestaltung verbessern die Teilabschnitte 27.1, 27.2 zusätzlich die Lateralbegrenzung des Strompfads.
Das in Figur 337 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel wird das optische Übersprechen zwischen benachbarten m-LEDs 9 durch einen vorderseitigen Absorber 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 weiter verringert, der die zweiten Lichtquellenkontakte 11.1, 11.2,
11.3 lateral umgibt. Wird der vorderseitige Absorber 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 elektrisch isolierend ausgebildet, kann zusätzlich die Lateralbeschränkung des Strompfads für die Lokalisierung der aktiven Zone 24 verbessert werden.
Für die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele ist zwi schen dem ersten Lichtquellenkontakt 10.1, 10.2, 10.3 und dem jeweils zugeordneten IC-Substratkontakt 3.1, 3.2, 3.3 ein Optochipkontaktelement 22.1, 22.2, 22.3 angeordnet. Die Quer schnittsfläche des Optochipkontaktelements 22.1, 22.2, 22.3 ist größer als die des ersten Lichtquellenkontakts 10.1, 10.2, 10.3, sodass der monolithische pixelierte Optochip 4 vereinfacht auf dem IC-Substratbauteil 1 kontaktierbar ist.
Figur 338A zeigt eine alternative Ausgestaltung, die grundsätz lich auf dem vorherigen Beispiel der Figur 333 beruht. Hierbei wurden jedoch zusätzliche Maßnahmen zur Stromeinschnürung und Verhinderung eines optischen und elektrischen Übersprechens ge- troffen. Diese Ausgestaltung ähnelt insofern den Ausführungen der Figur 133. Im Besonderen wurde zwischen der mittleren und der rechten m-LED nach dem Aufbringen der Schichten 6 und der aktiven Schicht ein Graben 20 erzeugt, der ein optisch reflek tierendes aber auch isolierendes Material (zumindest an der Grabenwand) aufweist. Letzteres, um einen Kurzschluss zwischen den Pixeln zu vermeiden, ersteres, um ein optisches Übersprechen zu vermeiden. Zwischen dem linken und dem mittleren Pixel ist ein größerer Graben geschaffen, der sich im Wesentlichen durch die Schichten 6 und 7 erstreckt. Er bildet nicht nur eine op tische Barriere, sondern auch eine elektrische Barriere zwischen den Pixeln bzw. m-LEDs . Weitere Aspekte zu dieser Ausführung finden sich in Bezug auf Figur 131 bis 137 und anderen Stellen in dieser Anmeldung.
Figur 338B zeigt eine weitere Ausgestaltung basierend auf den vorherigen Beispielen. Gleiche Elemente tragen wiederum gleiche Bezugszeigen. Zum einen ist in dieser Ausgestaltung eine Dotie rung 32 in der Schicht 6 zwischen den einzelnen m-LEDs einge bracht. Die Dotierung ändert die Bandstruktur in diesem Bereich und führt zu einer Erhöhung der Bandlücke. Injizierte Ladungs träger erfahren dadurch ein Feld und werden von diesem Bereich ferngehalten. Gemeinsam mit dem Lichtquellenkontakt 10.2 wird so eine effektive Lokalisierung auch den in der Figur 338B dargestellten Bereich der Rekombinationszone erreicht.
Ein weiterer Aspekt ist die auf der Oberfläche der Schicht 16 angebrachte photonische Struktur 32. Hierbei ist ein transpa rentes Material 31a mit hohem Brechungsindex (z.B. KP02O5) direkt als Säule oder Pillar über einer Rekombinationszone aufgebracht. Licht was in der Zone 24 erzeugt wird, wird durch die Säule als Wellenleiter gebündelt und so gerichtet. Eine weitere Säule aus gleichem Material 31b befindet sich in dieser Ausgestaltung zwischen zwei benachbarten Pixeln. Dazwischen wird mit einem transparenten Material mit niedrigerem Brechungsindex aufge- füllt. Somit ergibt sich in lateraler Ausrichtung eine Bre chungsindexvariation ähnlich der weiter oben beschriebenen Strukturen. Die periodische Variation des Brechungsindex führt zu einer optischen Bandlücke. Deren Größe und Ausgestaltung hängt unter anderem von der Periodizität ab, insofern ist diese Darstellung nur ein Beispiel, andere Periodizität sind ebenso denkbar. Durch eine derartige Kombination der verschiedenen Techniken wird zum einen eine starke Lokalität und zum anderen eine gute gerichtete Abstrahlung erreicht. Ein Übersprechen wird verhindert. Durch die IC Struktur und die im Vergleich grüßen Kontakte wird zudem die Ausrichtung und Befestigung der beiden Layerstrukturen verbessert.
Figur 339A illustriert einen generellen Überblick über digitale und analoge Konzepte der drei wesentlichen Anteile einer m-LED- Anzeigenanordnung mit ihrer Hautfunktionalität. Die Abschnitte I und II betreffen analogen Bereiche des m-Displays mit einer Vielzahl von Pixeln, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes Pixel 141 kann entweder aus Subpixeln mit unterschiedli- chen Farben bestehen. Alternativ können Anzeigen mit Pixeln ähnlicher Größe verwendet werden, um die verschiedenen Farben zu erhalten. Die m-LED-Anzeige ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine monolithische Anzeige implementiert, die einen ersten Substratträger umfasst, auf oder in den die m-LED-Pixel inte- griert sind, jedoch sind auch andere Ausgestaltungen, insbeson dere die hier offenbarten Ausgestaltungen denkbar, einschließ lich der Antennenschlitzstruktur und der Realisierung der m-LED in Barrenform oder in Modulen. In einigen Fällen umfasst der erste Substratträger auch die Schaltung für den analogen Abschnitt II. In einer Alternative ist das Substrat der m-LED dünner und weist eine Vielzahl von Kontakten auf seiner Unterseite auf. Die Kontakte auf der Un terseite werden dann an einen Träger gebunden oder auf andere Weise befestigt, der den Analogabschnitt II umfasst. Alternativ kann der analoge Abschnitt II auf ein verdünntes Substrat ge züchtet werden, das auch die m-LED-Pixel auf der anderen Seite trägt. Ein solcher Ansatz kann eine Fehlausrichtung zwischen dem analogen Teil und den m-LED-Pixeln reduzieren. Andererseits ist ein Materialsystem erforderlich, das zur Integration einer analogen Schaltung geeignet ist.
Der analoge Abschnitt II der Anordnung enthält die Steuerung für den Strom durch die jeweiligen Pixel. Zu diesem Zweck wird jedes Pixel 141 mit seinem Anodenkontakt mit einem gemeinsamen Quellenpotential 1411 in Kontakt gebracht. Die jeweilige Kathode der m-LED-Pixel ist mit einem einstellbaren Treiber verbunden, der im vorliegenden Fall als Stromquelle 142 realisiert ist, die im Abschnitt II integriert ihrerseits mit dem Anschluss 1412 verbunden ist. In dieser Ausführung wird so ein gemeinsamer Anodenkontakt realisiert. Deckelektroden wie in dieser Anmel dung offenbart, können eine derartige Funktion bereitstellen. Daneben existiert jedoch auch der andere Fall einer Common Ka thode. Hierbei ist die m-LED zwischen Kathodenpotentialan- Schluss 1412 und Stromquelle angeordnet. Der Vorteil einer sol chen Anordnung ist der, dass die Versorgungspannung etwas ge ringer sein kann und die m-LED keine große Eingangsspannung verarbeiten muss . Der Abschnitt II umfasst auch eine Referenzstromquelle 1410, beispielsweise einen temperaturstabilisierten Stromspiegel oder dergleichen, um den jeweiligen Stromquellen 142 den gleichen Referenzstrom zuzuführen. Während in diesem Beispiel nur eine Stromquelle gezeigt ist, können mehrere Referenzstromquellen vorhanden verwendet werden, um einen jeweiligen Referenzstrom für verschiedene Pixel zu liefern. Beispielsweise kann jede Pixelzeile einer Referenzstromquelle zugeordnet sein. Wenn sol che Referenzstromquellen umschaltbar sind, können die Strom quellen für jede Reihe periodisch ein- oder ausgeschaltet wer- den, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird. In Ausgestal tungen ist der Abschnitt II in Polysilizium gefertigt, welcher somit ein anderes Materialsystem umfasst als für die Realisie rung der m-LEDs im Abschnitt I.
Abgesehen von dem Referenzstrom, der an jede der Stromquellen 142 geliefert wird, umfassen die Stromquellen auch einen Schalt eingang, um selektiv mit jeder Stromquelle und anschließend mit jedem Pixel getrennt zu arbeiten. Durch das Umschalten der Stromquellen unter Verwendung von PWM-Techniken zum Anpassen der Helligkeit jedes einzelnen Pixels, wie erläutert, wird der Gesamtstromverbrauch weiter reduziert. Das PWM-Signal wird im digitalen Abschnitt III der Anordnung erzeugt.
Der digitale Abschnitt III umfasst einen Takteingang CLK und einen Dateneingang DAT. Der Dateneingang DAT ist mit 12-Bit- Schieberegistern 148 gekoppelt, die in Reihe geschaltet sind. Das Schieberegister empfängt den ankommenden Datenstrom und liefert ein entsprechendes Wort an einen 12-Bit-Speicher 147 zum Speichern. Der 12-Bit-Speicher kann Flip-Flops oder eine ähnliche Schaltung aufweisen, um die 12 -Bit-Wörter im Speicher zu speichern. Die Speicher sind mit dem anderen Eingang jeweils eines Komparators 144 gekoppelt. Auf diese Weise kann mit einem Datenstrom eine ganze Reihe von Helligkeitswerten in den Flip- Flops des Speichers 147 zwischen gespeichert werden.
Das Taktsignal am Eingang CLK definiert den Takt für einen Zähler 149, der ein 12-Bit-Zählerwort DO..11 liefert. Das Zäh lerwort DO..11 wird an die jeweiligen Komparatoren 144 angelegt, die mit den Stromquellen 142 jedes m-LED-Pixels verbunden sind. In einer alternativen Ausführung können gegebenenfalls auch an dere Bauelemente beispielsweise eine Kombination verschiedener Gatter verwendet werden, die prüfen, ob das Zählerwort DO..11 kleiner ist als das Wort des damit verbundenen Speichers . Im Betrieb einer derartigen Anordnung vergleicht der Komparator 144 das Zählerwort DO..11 mit dem Speicherwort, d.h. dem Inhalt des 12 Bit Speichers. Je nach Ergebnis, beispielsweise ob der Vergleich mit dem Komparator angibt, ob das Zählerwort DO..11 größer oder kleiner ist als das Speicherwort, wird die Strom quelle ein- oder ausgeschaltet. Mit anderen Worten ergibt sich durch den Vergleich mit dem Komparator eine Pulsweite, basierend auf dem Taktsignal im Zähler 149 zum Betreiben eines jeden Pixel. Beispielsweise soll das erste Pixel in der dargestellten Kette einen dunklen Wert haben, sprich ausgeschaltet sein, das zweite einen hellen Wert oder vollständig eingeschaltet sein. Der Datenstrom hat dann folgenden relevanten String aus Nullen und Einsen in zwei Worten, aneinandergereiht in Form von „000000000000111111111111". Nachdem die Worte jeweils in einem der beiden Speichern 147 abgelegt sind, werden diese in inver tierter Form an den oben beschriebenen Komparator 144 bweiter- gereicht. Im Komparator wird der Vergleich vorgenommen. Solange das Counterwort D kleiner ist als das Speicherwort M, bleibt der Treiber angeschaltet (im Beispiel mit dem invertierenden Komparator wird somit „111111111111" und „000000000000" mit dem Zählerwort verglichen) .
Die m-LED Displayanordnung beinhaltet verschiedene Teile, die verschiedene Anforderungen und Einschränkungen haben, was es schwierig macht, in einem einzelnen Halbleitermaterial imple mentiert zu sein. Dennoch liegt die Hauptherausforderung in der durch die Pixelgröße der m-LED vordefinierten Größe. Transis toren oder andere aktive Elemente in dem Analog- oder Digital teil sind mit dieser Einschränkung konfrontiert, die bestimmte Implementierungen ausschließt.
Figur 339B zeigt eine weitere Ausführungsform über die drei Abschnitte einer m-LED-Anzeigeanordnung mit ihrer Hauptfunkti onalität. Während der erste Abschnitt im Wesentlichen der glei- che ist wie der korrespondierende Abschnitt I der Figur 339A, ist Abschnitt II leicht anders aufgebaut. Abschnitt II umfasst nun einen Demultiplexer DEMUX, der zwischen den verschiedenen Pixeln mit Hilfe eines höher getakteten Synchronisationssignals Sync umschaltet. Die Frequenz dieses Signals Sync hat eine hö- here Frequenz als die Refreshrate und ist im abhängig von der Anzahl der Signale Ol bis 03, die vom Demultiplexer DEMUX er zeugt werden. In einer Ausgestaltung steuert der Demultiplexer alle Pixel einer Zeile oder einer Spalte an. In einer alterna tive kann auch ein Demultiplexer für jedes Subpixel eines Pixels verwendet werden. Ebenso sind Kombinationen hiervon möglich. Dadurch lässt sich die Anzahl der notwendigen Kontaktbereiche zwischen Abschnitt II und Abschnitt III reduzieren.
Der Abschnitt III umfasst wiederum einen Multiplexer zwischen den Ausgängen der jeweiligen Komparatoren Comp. D>M und dem Demultiplexer des zweiten Abschnitts II. Das Synchronisations signal Sync ist das gleiche wie für den Demultiplexer im Ab schnitt II und wird gemeinsam erzeugt. Eine weitere Änderung gegenüber der Ausführung der Figur 339A besteht darin, dass die PWM Modulation bestimmende Zählerwort (DO..11) für die einzel nen Komparatoren den selbigen einzeln direkt und nicht gemeinsam zugeführt wird. Im Gegensatz zur Ausführung der Figur 339A hat die Implementierung eines Multi- und Demultiplexers den Vorteil, dass die Anzahl der Interconnects , d.h. der Anschlüsse zwischen dem rein digitalen Abschnitt III und dem Abschnitt II reduziert werden können. Demgegenüber muss ein zusätzliches höher-fre- quentes Synchronisationssignal über eine dieser Schnittstellen zwischen den Abschnitten III und II geleitet werden. Figur 339C zeigt einen Funktionsschaltplan einer Ausführung ei nes bekannten Komparators, wie er in Teilen prinzipiell in der Ausgestaltung der Figur 339A und 339B einsetzbar ist. Die Schal tung stellt einen 2 BIT Komparator dar, kann jedoch auf mehrere Bits erweitert werden. In der praktischen Realisierung kann auch die invertierenden Eingänge weggelassen werden. Da zudem ein Vergleich mit dem Zählerwort stattfindet ist es ausreichend, eine Implementierung des Schaltungsteils A>B oder A<B vorzuneh men . Figur 339D zeigt ein Zeitdiagramm für die verschiedenen Zähler worte ID bis 3D und die Speicherregister dar, wie sie für die Erzeugung des Ausgangsignals verwendet werden. Die Zählerworte DO..11 sind zeitversetzt, so dass jedes Zeitwort beginnt, wenn das vorangegangene durchgelaufen ist. Mit dem Komparator oder einer OR Funktion wird das Ausganssignal 01 bis 03 erzeugt, welches dann dem Multiplexer zugeführt wird.
Die m-Displayanordnung umfasst verschiedene Teile mit unter schiedlichen Anforderungen und Einschränkungen, die es schwie- rig machen, in einem einzelnen Halbleitermaterial implementiert zu werden, eine Herausforderung liegt auch im verfügbaren Platz, der im Wesentlichen durch die Pixelgröße der m-LED vorgegeben wird. Transistoren oder andere aktive Elemente im analogen und digitalen Teil unterliegen dieser Einschränkung, die bestimmte Implementierungen ausschließt.
Figur 340A zeigt eine beispielhafte Schnittansicht eines m- Displays, um verschiedene Aspekte der Kontaktierung und Lei tungsverläufe der einzelnen Abschnitte zu veranschaulichen. Ähnlich wie in Figur 339A oder 339B umfasst das m-Display einen m-LED-Abschnitt I, einen analogen Abschnitt II und einen digi talen Abschnitt III. Der m-LED-Anteil basiert auf GaN, InGaP oder einem anderen Halbleitermaterial, das geeignet ist, Licht von blauer, roter oder grüner Farbe zu emittieren. Der m-LED- Abschnitt I umfasst die gemeinsame Kathoden oder Anoden- (+) -
Kontaktschicht 1411, die sich auf der oberen Oberfläche er streckt und jeden der aktiven Bereiche der m-LED-Pixel 141 ver bindet. Nicht dargestellt ist eine zusätzliche Auskoppel oder Lichtformungsstruktur auf der Oberfläche der Schicht 1411. Diese kann photonische Strukturen, Konverter oder ähnliches umfassen. Die Pixel sind in einem Substrat angeordnet und voneinander optisch und elektrisch getrennt, so dass ihre Emission benach barte m-LED-Pixel nicht stören und die Pixel separat gesteuert werden können. Zum Beispiel können die m-LED-Pixel 141 unter Verwendung der oben beschriebenen strombegrenzenden Dotierung implementiert werden. Dabei wird der Stromfluss auf einen klei neren Bereich durch eine Dotierung beschränkt. Die Dotierung verändert die Bandlücke, so dass die Ladungsträger effektiv eingeschränkt werden. Beispiele für derartige Einschränkungen oder andere strukturelle Maßnahmen zur Verbesserung der Quan teneffizienz und/oder Abstrahlcharakteristik sind in den ande ren Abschnitten offenbart. Die Pixel können auch LED-Nanostäb- chen enthalten, die in einer geschlitzten Antennenstruktur an geordnet sind, wie oben ebenfalls beschrieben. Ebenso sind Bar- ren oder die weiteren in dieser Anmeldung offenbarten m-LED Strukturen denkbar.
Die Unterseite weist bereichsweise ein isolierendes Material auf, um Leckstrom zu vermeiden. Die Oberfläche ist in solch einer Weise geformt, dass der Bereich II ausgerichtet ist, so dass die Elemente vor allem unterhalb des jeweiligen Pixelele ments liegen. Jedes m-LED Pixels umfasst eine dem Bereich II zugewandte Kontaktfläche, welche die Verbindung mit dem Bereich II des m-LED Displays bildet.
Der analoge Abschnitt II des m-Displays der Figur 340A kann aus dem gleichen Halbleitermaterialsystem implementiert werden bzw. darauf basieren. Zum Beispiel können aktive und passive Kompo nenten, die für die Stromquellen verwendet werden, in GaN InGaP- oder InAlP-Systemen implementiert werden, vorausgesetzt, dass die Platzbedarfsanforderungen erfüllt werden können. In solchen Fällen kann das Umformen der Komponenten unter Verwendung meh rerer herkömmlicher Abscheidungstechniken erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass Kontakte der m-LED-Pixel in der Grenzflä- che des Abschnitts I leicht mit den Leiterbahnen innerhalb des Abschnitts II ausgerichtet werden können. Auch Spannungen und Spannungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten können minimiert werden. Alternativ ist der Abschnitt II mit einem anderen Halbleitermaterial ausgebildet. Zum Beispiel sind polykristallines Silizium oder amorphe Siliziumstrukturen ge eignet und werden so verstanden, dass sie kleine Bauteile bil den. Beide Abschnitte können getrennt geformt, ausgerichtet und miteinander verbunden werden. Aufgrund der Größenanforderungen muss die Ausrichtung sehr genau sein, da die Größe der Kontakte der m-LED nur im Bereich von wenigen nm2 liegen kann. Als wei tere Alternative kann Polysiliziummaterial durch verschiedene Aufwachsverfahren auf der unteren Oberflächenschicht abgeschie den werden, um anschließend die erforderlichen Schaltungskom ponenten zu bilden. Zur Verringerung der Spannung können auch eine oder mehrere Opferschichten implementiert werden. Außerdem kann zuerst die Polysiliziumschicht gebildet werden, und dann können die m-LED-Pixel unter Verwendung des gewünschten Mate rialsystems gebildet werden. In dem vorliegenden Beispiel wer den zwar unterschiedliche Materialsysteme für den Bereich II und I verwendet, die Ausdehnungs- und andere Parameter sind aber angepasst, so dass eine gemeinsame Herstellung möglich ist.
Dazu ist der Abschnitt II mit polykristallinem Silizium gefer tigt. Polykristallines Silizium- oder amorphe Siliziumstruktu- ren sind gut verstanden, um besonders kleindimensionierte Kom ponenten zu formen. Dazu wird Polysiliziummaterial auf einem geeigneten Träger aufgebracht und die notwendigen Komponenten darin ausgebildet. Für eine Reduzierung der thermischen Ausdeh nung sind mehrere Zwischen- oder Opferschichten vorgesehen, die keine weitere Funktion übernehmen, aber die thermischen oder durch die unterschiedliche Kristallstruktur anpassen. Derartige Schichten befinden sich auch zwischen Bereich II und Bereich I. dort findet ein Wechsel des Materialsystems auf das für die m- LED Pixel-Herstellung vorgesehene Materialsystem statt. An- schließend werden die m-LED Pixel gebildet. Alternativ können alle Abschnitte auch getrennt geformt, aus gerichtet und dann zusammen gebondet werden. Wegen den Größen anforderungen muss die Ausrichtung sehr präzise sein, weil die Größe von Kontakten der m-LED nur im Bereich von einigen wenigen pm2 sein mag.
Von der Komplexität abhängig enthält Bereich II wie in Figur 340A durch Elemente 151 und Verbindungsschichten 152 illustriert einen oder mehrere Transistoren, die Teil einer Stromquelle oder Schalters sind. Verbindungsschichten 152, die in einigen Schich ten von Abschnitt II angeordnet sind, verbinden die Kontakte auf der Oberfläche von Bereich II mit den verschiedenen Kompo nenten in Bereich II. Zum Beispiel ist Kontakt 165s von Tran sistor 152 über eine Verbindungsschicht mit dem Oberseitenkon- takt verbunden und mit der entsprechenden m-LED. Ebenso ist Gate Kontakt 169, der das Transistorschalten oder Widerstandsverhal ten steuert, mit Kontaktschnittfläche 153 auf der Bodenoberflä che vom Anteil benachbart zum Digitalabschnitt III gekoppelt. Digitalabschnitt III basiert auf Silizium und weist einige di gitale Schaltungen 170 auf. Er ist normalerweise getrennt ge formt und dann in einem Bondverfahren mit dem Analogbereich II elektrisch verbunden. Den Digital- und Analogbereich separat zu formen erlaubt einerseits optimierte Herstellungstechniken zu verwenden und andererseits das Testen der Analog- und p-LED- abschnitte vor dem Bonden an den Digitalabschnitt. Ähnlich dem Analogabschnitt enthält der Digitalabschnitt III einige Zwi schenverbindungen für Digital- und Analogsignale. Stromversor gung mag auch über den Digitalabschnitt III zur Verfügung ge- stellt werden.
Der kleine verfügbare Platz kann verschiedene Aufbauten und Implementierungen erfordern. Ein Aspekt ist die Integration von Transistoren innerhalb des Analoganteils, um die Stromquelle und Steuerungsschaltung zu bilden. Figur 341 und Figur 342 il- lustrieren verschiedene Beispiele der Implementierung von Feld effekttransistoren mit kleinem Platzanspruch in dem Halbleiter material . Figur 341 illustriert einen invertiert gestapelten mit amorphen Silizium geformten Transistor. Der Transistor weist eine aus SiN geformte isolierende Gate Schicht 155 über dem Gate Kontakt 156 auf. Der Gate Kontakt 156 ist so durch eine kleine Erhebung geformt, so dass die Gate Schicht 155 der Erhebung folgt, die einen Zentralbereich 157 und zwei geneigte Seitenwände 158 hat. Eine Schicht von amorphen Silizium 154 ist über der Gate Schicht gebildet und formt so auch einen Zentralbereich und zwei ge neigte Seiten. Die Oberfläche der amorphen Schicht 154 kann hoch n-dotiert sein, um so eine hoch n-dotierte Schicht von amorphen Silizium 151 mit einer hohen Leitfähigkeit zu bilden. Alternativ ist die hoch n-dotierte Schicht 151 auf Schicht 154 aufgebracht.
Schließlich ist eine Metallschicht auf die n-dotierte Schicht 151 aufgebracht, die sich auch auf die Seitenkanten der Sili- ziumschicht 154 und SiN Schicht 155 erstreckt. Eine Lücke in der Metallschicht und der Schicht 151 teilt die Struktur und bildet dadurch einen Source- und einen Drainkontakt. Insbesondre bildet Metallschicht 152 einen Drainkontakt, während die Me tallschicht 153 den Sourcekontakt des Feldeffekttransistors bildet. Der leitende Kanal ist dann in der Polisiliziumschicht in dem zentralen Bereich zwischen Source und Drain gebildet. Die hoch n-dotierte Polysiliziumschicht 151 liefert eine gute elektrische Verbindung zu dem Kanal in Schicht 154. Diese Struk tur erlaubt es, das Gate von einer anderen Seite als Source und Drain zu kontaktieren, wobei nur wenig Platz verbraucht wird.
Figur 342 zeigt zwei Beispiele von platzsparenden Polysilizi umtransistoren. Die Transistoren sind auf einem Glasträger mit einer gewachsenen Si02 Schicht als Basissubstrat gebildet. Je- der Transistor weist zwei hoch n-dotierte Polysiliziumbereiche 165s und 165d auf, die durch eine undotierte Polysiliziumschicht 170 getrennt sind, die zwischen den Bereichen 165s und 165d angeordnet ist. Angrenzend an den Drainbereich ist ein leicht dotierter Drainbereich 166, der zwischen Polisilizium 170 und Drain-Bereich 165d angeordnet ist.
Alternativ ist ein golddotierter Bereich 167 zwischen Polysi lizium 170 und Drainbereich 165d ausgebildet. Die Source 165s, Drain 165d und undotierte Bereiche 170 sind dann komplett be- deckt durch eine Si02 Schicht, die sich auf den Seitenwänden der Bereiche 165s bzw. 165d erstreckt. Löcher sind über Bereiche 165s und 165d geätzt, um Zugang zu den Source- und Drainberei chen zu bekommen. Die Löcher sind mit einem Metall gefüllt, zum Beispiel Al, um elektrische Kontakte zu schaffen. Der Kontakt verläuft auch über die Seitenwand der Si02 Schicht und schafft so einen größeren Bereich zum Kontaktieren. In dem Zentrum über der Polysiliziumschicht 170 ist ein Gate gebildet, indem auf die isolierende Si02 Schicht eine Aluminiumschicht 169 aufge tragen wird. Gate 169 ist elektrisch von den Metallkontakten für Source bzw. Drain isoliert.
Der begrenzte Platzbedarf kann auch neue Konzepte für die Im plementierung von Steuerschaltungen erfordern. Bei herkömmli chen Schaltungen zum Steuern von LED-Anzeigen sind die Pixel in adressierbaren Zeilen und Spalten angeordnet. Jedes Pixel be steht aus einer LED einer bestimmten Farbe oder alternativ aus einem Triplett von drei verschiedenen LEDs. Im letzteren Fall kann man sich auch auf ein Pixel beziehen, das drei Subpixel enthält, von denen jedes eine LED einer bestimmten Farbe auf- weist.
Wieder verweisend auf das Beispiel der Figuren 339A oder 339B zeigt Figur 340B verschiedene Ausführungsformen für die Verbin dung von m-LED Strukturen mit digitalen Schaltungsabschnitten. Dabei können die beiden Abschnitte auf verschiedenen Material systemen oder Technologien basieren. Der jeweils obere erste Abschnitt umfasst die m-LED Elemente bzw. Pixel oder Subpixel angeordnet in Reihen und Spalten. Je nach gewünschter Farbe kommen verschiedene Materialsystem und Technologien zum Ein satz, beispielhaft sind hier die Materialien InGaN und InGaAlP genannt. In einem ersten Beispiel wird der Wafer oder die m- LED-Struktur mit Hilfe eines W2W-Verfahren (Wafer to Wafer) mit einem Wafer basierend auf kristallinem Silizium verbunden wel cher den Digitalen Schaltungsabschnitt und auch eventuell not wendige analoge Abschnitte umfasst. Im Beispiel der Figur 339B wird der Abschnitt I durch den oberen Wafer realisiert, der untere Wafer umfasst die Abschnitte II und III. In dem zweiten Beispiel der Figur 340B wird auf die Unterseite des ersten Wafers mit dem ersten Abschnitt Dünnfilmschichten aus Polykris tallinem Silizium bei niedrigen Temperaturen abgeschieden. In diesem Abschnitt werden entweder reine Interconnects zur Ver bindung mit dem digitalen Abschnitt III vorgesehen oder zusätz lich Treiberschaltungen oder andere Bestandteile zur Ansteue rung der m-LEDs untergebracht. In diesen beiden Beispielen wer den die Wafer gemeinsam miteinander verbunden, um das gewünschte Display oder die Matrix zu fertigen. Eine alternative Ausführung zeigt hingegen das dritte Beispiel, bei dem einzelne Chip mit digitalen Schaltkreisen vorgesehen sind und mit dem Abschnitt II in Wirkverbindung stehen. Die Chips umfassen beispielsweise Zeilen und Spaltentreiber zur Ansteuerung von Teilen des Dis plays .
Figur 344 zeigt hierzu eine weiter unten näher beschriebene Ausführungsform. Auf diese Weise lassen sich einzelne Teile des Displays separat ansteuern. Zudem erlaubt eine derartige Sepa rierung in der Fertigung, einzelne fehlerhafte Schaltungen aus zusondern, ohne gleich bei einem Fehler in einem Element der digitalen Schaltung im Abschnitt III den ganzen Wafer austau- schen zu müssen. Der limitierte Platz unter den analogen Abschnitten macht neue Konzepte für die Implementierung von digitalen Ansteuerkonzep ten erforderlich. In konventionellen Schaltungen zur Steuerung von LED Anzeigen sind die Pixel in adressierbaren Zeilen und Spalten angeordnet. Das gleiche Prinzip kann auch vorliegend angewandt werden. Jeder Pixel weist eine LED einer bestimmten Farbe oder alternative ein Triplet von drei verschiedenen LEDs auf. Im letzteren Fall kann man es auch als ein Pixel bezeich nen, wenn es drei Subpixel enthält, wobei jedes von denen eine m-LED einer bestimmten Farbe aufweist.
Figur 343 zeigt ein Schema mit den erforderlichen Elementen, um eine konventionelle LED Anzeige anzusprechen. Zur Vereinfachung ist nur ein Farbtyp gezeigt, obwohl jeder Pixel drei LEDs mit unterschiedlichen Farben enthält. Die Pixel sind in adressier baren Spalten und Zeilen angeordnet. Das Display weist eine Pixelmatrix 1800 auf, die 1920 Pixel pro Reihe und 1020 Zeilen hat. Die Pixelmatrix wurde in monolithischer Weise aufgebaut. Das Display weist mehrere Zeilentreiber 1802 und mehrere Spal- tentreiber 1803 auf, um jeder Pixel in der Pixelmatrix indivi duell anzusprechen. Beide Treiberarten können in die Matrix integriert werden oder als externe über eine Schnittstelle an die Matrix gekoppelte Komponenten bereitgestellt werden. Eine Kombination ist auch möglich.
Jeder der Zeilentreiber 1812 hat eine individuelle Treibervor richtung, die mit einer entsprechende Leitung 1805a, 1805b ge koppelt ist und den Strom durch diese treibt. Ebenso weist jeder Spaltentreiber ein Treiberelement 1813 auf, wobei jedes Trei- berelement einer Datenleitung 1804a, 1804b verbunden ist. Pi xeltreiber 1801 sind auf den Schnittpunkten der Zeilen und Spal ten angeordnet. Der Pixeltreiber 1801 ist mit den Zeilen und Spalten verbunden und treibt das dazugehörige Pixel. Das Display umfasst einige Steuer- und Adressensignale von ex ternen Komponenten, wobei zwei von denen hier besonders gekenn zeichnet sind, nämlich DATA und SYNC. Das letztere Signal SYNC wird benutzt, um die Zeilen- und Spaltentreiber mit einander zu synchronisieren, um Artefakte zu vermeiden und sauberes Pro grammieren sicherzustellen. Durch Ansprechen einer entsprechen den Reihe sind die Pixel, die mit der entsprechenden Reihe verbunden sind, ausgewählt. Dann wird das DATA Signal an die entsprechenden Spalten angelegt, um jeden der Pixeltreiber 1801 in den ausgewählten Zeilen zu programmieren.
Im Falle eines Displays mit einer großen Zahl an Pixeln kann die Taktung für konventionelle Anzeigenprogrammierung zu hohen Frequenzen für das Programmierungssignal führen. Zum Beispiel kann in dem Display von Figur 343 die Frequenz für die Program mierungsfrequenz pro Bit und Reihe abhängig von der Farbtiefe jedes Subpixels im Bereich mehrere MHz betragen. Beispielsweise ist mit einer Helligkeitstiefe von 10 Bit, was mit 1024 ver schiedenen Beleuchtungswerten korrespondiert, die Programmie- rungsfrequenz für 1080 Displayzeilen und einer Bildrate von 60 Hz etwa 66 MHz.
Die Tabelle unten zeigt die Frequenz des Programmiersignals und die Programmierzeit pro Bit und Reihe in ps . Mit einer anstei- genden Färb- oder Beleuchtungstiefe wachsen die PWM Zeiteinhei ten zur Programmierung und deshalb die Programmierfrequenz an.
Figure imgf000784_0001
Die sehr kleine Programmierzeit, besonders bei hohen Färb- oder Beleuchtungsbits (d.h. 12 Bits oder 14 Bits) führt zu einer hohen Belastung für die entsprechenden Zeilen- und Spaltentrei ber. Im Extremfall eines Wechsels von weiß nach schwarz oder umgekehrt eines einzelnen Pixels muss der Spaltentreiber das Pixel in wenigen ns umprogrammieren (wiederaufladen) . Zum Ver- gleich laufen hochmoderne DDR4 Rams bei einer internen Frequenz von etwa 800 MHz bis 1.5 GHz also in dem Bereich der Program mierfrequenz von 14 bit Beleuchtungstiefe.
Um die Programmierfrequenz zu reduzieren kann ähnlich wie bei Speichern die steigende und fallende Taktflanke für die Pro grammierung verwendet werden. Ebenso ist es auch möglich, das Display zu segmentieren und die Anzeigenmatrix in verschiedene Segmente aufzuteilen. Je nach Fertigungstechnik erlaubt die Segmentierung einzelne Segmente separat zu testen und so bei Fehlern diese austauschen zu können.
Figur 344 zeigt ein Beispiel, in dem ein Display von 1920x1080 Pixeln in eine 2x2 Matrix mit Unteranzeigen segmentiert ist. Jedes Subdisplay 1800a bis 1800d enthält eine Pixelmatrix mit 960x540 Pixeln. Ähnlich des Displays in Figur 343 weist jedes
Subdisplay seine eigenen Spalten- und Zeilentreiber 1802a, bis 1802d sowie 1803a bis 1803d auf. DATA und SYNC Signale werden auch an die jeweiligen Segmente geliefert. Die kleinere Nummer von Zeilen reduziert die Programmierfrequenz dementsprechend. Die weitere Segmentierung der Spalten wie in Figur 344 gezeigt wird auch die Anforderung an die Spaltentreiber reduzieren und die Last mit jedem Programmierzyklus ist reduziert. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für Programmierzeit und Programmier frequenz für 108 Displayzeilen pro Segment (insgesamt gibt es 10 derartige Segmente, wieder mit einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hz.
Figure imgf000786_0001
Wie gezeigt reduziert die wegen der Segmentierung verminderte Anzahl von Zeilen die Anforderungen an die Programmierzeit und Programmierfrequenz um grob den Faktor der Segmentierung. Jedes der Segmente ist auf eine ähnliche Weise implementiert. Jede Pixel Matrix 1800, 1800a bis 1800d enthält Leitungen und Zeilen, an denen die Pixeltreiber und die lichtemittierenden Vorrich tungen angeordnet sind.
Figur 345 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Pixeltrei bers wie eine 2T1C Struktur, in der der Strom durch die LED durch eine während der Austastungszeit des Displays program mierte Ladung gesteuert ist. Der Treiber ist an der Schnitt stelle einer Zeilenleitung 1805 und einer Datenleitung 1804 angeordnet. Weiter ist eine Versorgungsleitung 2002, die eine Versorgungsspannung VDD und einen Strom IDAC liefert, über einen Treibertransistor 2003 an die lichtemittierende Vorrichtung 2004 gekoppelt. Der Treibertransistor 2003 arbeitet so als steu erbare Stromquelle. Der Strom durch den Treibertransistor 2003 wird durch die 1T1C Struktur 2002 gesteuert. Insbesondere ist ein Feldeffekttransistor M2 mit seinem Gate mit der Zeilenaus wahlleitung zum Programmieren verbunden und agiert als ein Schalter .
Bei Aktivierung durch ein "HIGH" Signal auf der Zeilenauswahl leitung schließt Transistor Ml und Datenleitung 1804 lädt Kon densator CI bis zum erwünschten Pegel auf. Während dieser Pro grammierung kann die Versorgungsleitung ausgeschaltet sein, dass die lichtemittierende Vorrichtung im Grunde aus ist. Dies wird verschiedene Artefakte während der Programmierung verhin dern. Nach der Wiederprogrammierung ist der Transistor M2 wieder offen und die in dem Kondensator gespeicherte Ladung treibt Stromtransistor Ml so, dass ein Strom durch die lichtemittie- rende Vorrichtung fließt. Der Strom korrespondiert mit der ge speicherten Ladung und so mit dem gewünschten Beleuchtungspe gel .
Figur 346 zeigt den Schaltplan für einen konventionellen Spal- ten- oder Datentreiber. Der Treiber weist einen Digitalabschnitt sowie einen Analogabschnitt auf, um die entsprechenden Daten leitungen zu treiben. Alternativ kann der Ausgang dedizierte Treiber für die Datenleitungen steuern. Abgesehen von Stromver sorgungsverbindung in GND, VDD und VSS werden weitere Steuer- Signale CLK und DIR geliefert. Digitale Werte R, G und B für die verschiedenen Farben sind in einem Zwischenspeicher gespei chert. Sie sind weitergeleitet und verarbeitet durch einen Pe gelschieber und dann einem Digital-Analog-Wandler zugeführt. Der DAC kann auch einige Werte korrigieren, indem er ein ge- trennt erzeugtes Korrektursignal Vg-cor benutzt. Nach der Um wandlung in Analogsignale sind sie in einem Ausgangspuffer ge speichert und dann an einen Ausgangspuffer angelegt. Die ana logen rgb Signale sind dann an die Datenleitungen angelegt. Obwohl hier nur 3 Datenausgangsleitungen gezeigt sind, liefert der Spaltendatentreiber Signale für alle Datenleitungen in der Anzeigenmatrix .
Figur 347 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Zeilentrei bers. Der Treiber weist ein Schieberegister auf, dass die CLK und DIR Signale empfängt, und über einen Pegelschieber mit einer Vielzahl von logischen AND Gates gekoppelt ist. Die Gates emp fangen auch ein ENABLE Signal, auf das die entsprechenden Aus gänge in dem Ausgangspuffer auf HIGH gehen. Im Betrieb ver schiebt das Schieberegister die Bits mit jedem CLK Signal, um selektiv an einem der entsprechenden Gates ein HIGH Signal an zulegen. Das ENABLE Signal wird benötigt, um global die Zeilen auswahl während der Umprogrammierung zu aktivieren. Figur 348 zeigt generell eine mögliche Ausführung eines Halb leiterschichtenstapels. Dieser umfasst eine n-dotierte Schicht 3, die auf einem nicht gezeitgen Substrat epitaktisch abgschie- den ist. An die n-dotierte Schicht 3 schließt sich der aktive Bereich an. Dieser enthält eine Multiquantenwellstruktur mit den Quantentwellschichten 3.1 und 3.2. Die Multiquantenwell struktur kann eine Vielzahl solcher aufeinander folgenden Schichten aufweisen, die zudem mit unterschiedlichen Material systemen gebildet sind. Daran anschliessend ist die p-dotierte Schicht 2, an die sich eine Stromaufweitungsschicht 1 an- schließt.
Neben den bereits dargestellten Aspekten zur Herstellung und Erzeugung einzelner m-LEDs, monolithischer Arrays, pixelierter Arrays oder auch m-Displays einschließlich der Lichtauskopp- lung, -Kollimation und -Führung, bei denen Anwendungen im Be reich Augmented Reality im Fokus standen, erlauben diese Aspekte auch weitere Anwendungsgebiete. Beispiele solcher sind im Be reich Automotive zu finden. In den Figuren 349 bis 351 ist eine solche Anwendung für ein kombiniertes Brems- und Schlusslicht als beispielhaftes Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welches aus m-LED-Arrays oder m-Displays gebildet wird. Dabei ist unter dem Array bzw. dem Display eher eine leuchtende Fläche zu verstehen und nicht ein Display im herkömmlichen Sinne zur Darstellung von Information. Figur 349 zeigt schematisch die Rückseite eines Kraftfahrzeugs mit mehreren Leuchten, die nach dem vorgeschlagenen Konzept m-LED-Arrays als Lichtquellen auf weisen. Insbesondere sind in Figur 349 eine linke Heckleuchte 410 und eine rechte Heckleuchte 420 sowie eine hochgesetzte Bremsleuchte 430 schematisch dargestellt. Die linke Heckleuchte 410 weist vier räumlich getrennte Bereiche 411, 412, 413 und
414 für unterschiedliche Funktionen der linken Heckleuchte 410 auf. Der erste Bereich 411 dient als Schlusslicht, der zweite Bereich 412 dient als Bremslicht, der dritte Bereich 413 dient als Rückfahrlicht und der vierte Bereich 414 dient als Fahrt richtungsanzeigelicht .
Die rechte Heckleuchte 420 ist spiegelsymmetrisch zur linken Heckleuchte 410 ausgebildet und besitzt demzufolge ebenfalls vier räumlich getrennte Bereiche 421, 422, 423 und 424 für unterschiedliche Funktionen der rechten Heckleuchte 420. Auch hier dient der erste Bereich 421 als Schlusslicht, der zweite Bereich 422 als Bremslicht, der dritte Bereich 423 als Rück- fahrlicht und der vierte Bereich 424 als Fahrtrichtungsanzei gelicht .
Nachstehend wird der Aufbau der Heckleuchten 410, 420 am Bei spiel der linken Heckleuchte 410 näher erläutert.
Figur 350 zeigt eine schematische Draufsicht auf die vier Be reiche 411 bis 414 der linken Heckleuchte 410. Der Schluss lichtbereich 411 weist ein erstes m-LED-Array 501 auf. Das erste m-LED-Array 501 besitzt eine Vielzahl von zeilenweise und spal- tenweise auf einem ersten Träger 510 angeordnete m-LEDs 511, die während ihres Betriebs rotes Licht emittieren. Die Pixel dichte und der Abstand der m-LEDs 511 haben gemäß der Auflistung der in Figur 3B dargestellten Tabelle für das Beispiel Rear Combination Light (RCL) bevorzugte Werte von mindestens 50 PPI und höchstens 0,5 mm. Beispielsweise kann das erste m-LED-Array 501 eine Pixeldichte von 75 PPI und einen Pixelabstand von 0,33 mm aufweisen. Der Bremslichtbereich 412 weist ein zweites m- LED-Array 502 auf. Das zweite m-LED-Array 502 besitzt ebenfalls eine Vielzahl von zeilenweise und spaltenweise auf einem zweiten Träger 520 angeordnete m-LEDs 521, die während ihres Betriebs rotes Licht emittieren.
Die auf m-LEDs 521 des zweiten m-LED-Arrays 502 können identisch zu den m-LEDs 511 des ersten m-LED-Arrays 501 ausgebildet sein. Allerdings besitzt das zweite m-LED-Array 502 eine höhere Pi xeldichte und einen geringeren Pixelabstand als das erste m- LED-Array 501. Das heißt, die m-LEDs 521 des zweiten m-LED- Arrays 502 sind auf dem zweiten Träger 520 dichter angeordnet als die m-LEDs 511 des ersten m-LED-Arrays 501 auf dem ersten Träger 510. Beispielsweise hat die Pixeldichte des zweiten m- LED-Arrays 502 einen Wert von 100 PPI und der Pixelabstand beträgt beispielsweise 0,25 mm. Aufgrund der dichteren Anord nung der m-LEDs 521 erzeugt das zweite m-LED-Array 502 während des Betriebs als Bremslicht eine größere Helligkeit als das erste m-LED-Array 501 während des Betriebs als Schlusslicht. Dadurch kann der nachfolgende Verkehr den Bremslichtbereich 411 von dem Schlusslichtbereich 412 der Heckleuchte 410 unterschei den. Zusätzlich kann die Helligkeit für das Bremslicht im Ver- gleich zum Schlusslicht weiter erhöht werden, indem die m-LEDs 521 des zweiten m-LED-Arrays 502 während des Bremslichtbetriebs mit einem höheren elektrischen Strom versorgt werden als die m- LEDs 511 des ersten m-LED-Arrays 501 während des Schlusslicht betriebs .
Der Rückfahrlichtbereich 413 weist ein drittes m-LED-Array 503 auf. Das dritte m-LED-Array 503 besitzt eine Vielzahl von zei lenweise und spaltenweise auf einem dritten Träger 530 angeord nete Tripel 531 von m-LEDs, die während ihres Betriebs weißes Licht emittieren. Jedes Tripel 531 besteht aus drei m-LEDs 531R, 531G, 531B, wobei die m-LED 531R rotes Licht, die m-LED 531G grünes Licht und die m-LED 531B blaues Licht emittiert, so dass jedes Tripel 531 von m-LEDs 531R, 531G, 531B ein Pixel des
Rückfahrlichtbereichs 413 bildet und während des Betriebs des Rückfahrlichts weißes Licht emittiert. Die Pixeldichte und der Abstand der Tripel 531 von m-LEDs auf dem Träger 530 des dritten m-LED-Arrays 503 haben beispielsweise Werte für die Pixeldichte von 100 PPI und für den Pixelabstand von 0,25 mm. Alternativ können anstelle der Tripel 531 von m-LEDs 531R, 531G, 531B auch jeweils nur blaues Primärlicht emittierende m-LEDs verwendet werden, die jeweils mit einem Wellenlängenkonversi onsmaterial beschichtet sind, das blaues Licht der m-LEDs an teilig in Sekundärlicht anderer Wellenlänge konvertiert, so dass die Mischung aus Primärlicht und Sekundärlicht weißes Licht ergibt. Je nach Ausgestaltung kann das Tripel monolithisch ge fertigt sein und eine gemeinsam genutzten Kontakt Anschluss aufweisen. Ausführungen für einen solchen Anschluss sind hier offenbart. Ebenso wäre es denkbar reflektierende Strukturen um jedes Array oder auch Trippei vorzusehen, um so eine höhere Direktionalität zu gewährleisten. Je nach Ausgestaltung können auch photonische Strukturen zur Kollimation, Linsen oder andere Strukturen vorgesehen werden. Der Fahrtrichtungsanzeigebereich 414 weist ein viertes m-LED- Array 504 auf. Das vierte m-LED-Array 504 besitzt eine Vielzahl von zeilenweise und spaltenweise auf einem vierten Träger 540 angeordnete m-LEDs 541, die während ihres Betriebs orangefar benes Licht emittieren. Die Pixeldichte und der Abstand der m- LEDs 541 auf dem Träger 540 des vierten m-LED-Arrays 504 haben beispielsweise Werte für die Pixeldichte von 100 PPI und für den Pixelabstand von 0,25 mm.
Pixeldichte und Pixelabstand sind für alle Bereiche 411 bis 414 der Heckleuchte 410 so ausgebildet, dass der Betrachter bzw. der nachfolgende Verkehr die einzelnen m-LEDs 511, 521, 531,
541 der m-LED-Arrays 501, 502, 503, 504 nicht auflösen kann.
Daher wird keine lichtstreuende Optik, beispielsweise in Form einer lichtstreuenden Abdeckscheibe benötigt, um eine Homoge- nisierung des Lichts zu gewährleisten. Allerdings können die einzelnen m-LEDs 511, 521, 531, 541 jeweils eine optische Linse, insbesondere eine Mikrolinse aufweisen, um beispielsweise die Divergenz des von den m-LEDs emittierten Lichts zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich können die m-LED-Arrays 501, 502, 403, 504 jeweils eine Optik aufweisen, um beispielsweise die
Divergenz des von den m-LED-Arrays 501, 502, 403, 504 emittier ten Lichtbündels zu reduzieren oder eine Emissionsrichtung des vorgenannten Lichtbündels zu beeinflussen. Die vier Träger 510, 520, 530, 540 der vier m-LED-Arrays 501,
502, 503, 504 können, beispielsweise mittels einer Steckverbin dung, mechanisch miteinander verbunden sein. Jeder Träger 510, 520, 530, 540 weist elektrisch isolierendes Material auf und besitzt elektrische Leiterbahnen (nicht abgebildet) zur Ener- gieversorgung der auf ihm angeordneten m-LEDs 511, 521, 531 bzw. 541. Zusätzlich können die Träger 510, 520, 530, 540 elektrisch miteinander verbunden sein, um eine gemeinsame Treiberschaltung oder Ansteuereinrichtung für alle vier m-LED-Arrays 501, 502,
503, 504 vorzusehen.
Die m-LEDs 511 des ersten m-LED-Arrays 501 werden mittels einer Ansteuereinrichtung und Treiberschaltung gemeinsam angesteuert und betrieben, also nur gemeinsam ein- und ausgeschaltet sowie gegebenenfalls gedimmt . Eine analoge Aussage gilt auch für die m-LEDs 521 des zweiten m-LED-Arrays 502 und für die m-LEDs 531 des dritten m-LED-Arrays 503 sowie für die m-LEDs 541 des vier ten m-LED-Arrays 504.
Die Heckleuchte 410 ist an der Rückseite des Kraftfahrzeugs 4 in die Fahrzeugkarosserie 40 integriert. In Figur 351 ist dieser Sachverhalt schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Figur 351 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Fahrzeug karosserie 40 und die Bereiche 411, 412 der Heckleuchte 410.
Die Querschnittsebene verläuft vertikal und senkrecht zur Ober fläche der Fahrzeugkarosserie 40. Die m-LED-Arrays 501, 502, 503, 504 sind in einer Vertiefung 401 in der Fahrzeugkarosserie 40 an deren Außenseite 402 angeordnet, wobei die Träger 510, 520, 530, 540 der m-LED-Arrays 501, 502, 503, 504 jeweils in der Vertiefung 401 an der Fahrzeugkarosserie 40 anliegen und auf ihr fixiert sind. Die Vertiefung 401 ist mit einer trans parenten Vergussmasse 400 aufgefüllt, so dass ein etwaiger Zwi schenraum zwischen den m-LED-Arrays 501, 502, 503, 504 und der Fahrzeugkarosserie 40 mit Vergussmasse 400 gefüllt ist. Die Außenseite 402 der Fahrzeugkarosserie 40 schließt nahtlos mit der Vergussmasse 400 ab, so dass die Außenseite 402 der Fahr zeugkarosserie 40 und die Oberfläche der Vergussmasse 400 eine zusammenhängende gemeinsame Oberfläche bilden und sich die Heck leuchte 410 nicht von der Fahrzeugkarosserie 40 abhebt. Die Träger 510, 520, 530, 540 der m-LED-Arrays 501, 502, 503 ,504 können farbig gestaltet sein und beispielsweise dieselbe Farbe wie die Fahrzeugkarosserie 40 besitzen. Dadurch erscheinen die vier Bereiche der Heckleuchte 410 im ausgeschalteten Zustand der entsprechenden m-LEDs 511, 521, 531, 541 in derselben Farbe wie die Fahrzeugkarosserie 40. Außerdem kann die Oberfläche der Träger 510, 520, 530, 540 einen hohen Lichtreflexionsgrad auf weisen, um eine bessere Lichtauskopplung aus der Heckleuchte 410 zu ermöglichen. Die m-LED-Arrays 501, 502, 503, 504 gewähr leisten für die vorgenannten Beleuchtungsfunktionen jeweils eine Leuchtdichte von mindestens 0,14 Cd/m2.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Bereiche 411 und 412 für das Schlusslicht und das Bremslicht als eine Einheit ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein gemeinsames m-LED- Array für beide Anwendungen mit einer Pixeldichte von 100 PPI und einem Pixelabstand von 0,25 mm vorgesehen sein. Für die Bremslichtfunktion können beispielsweise alle m-LEDs des ge meinsamen m-LED-Arrays eingeschaltet sein. Für die Schluss lichtfunktion kann beispielsweise nur die Hälfte der m-LEDs des gemeinsamen m-LED-Arrays eingeschaltet sein, beispielsweise nur jede zweite m-LED. Alternativ können für die Schlusslichtfunk tion auch alle m-LEDs des gemeinsamen m-LED-Arrays in einem gedimmten Zustand mit reduzierter Helligkeit betrieben. In den Figuren 349 und 352 bis 354 sind Details einer hochge setzten Bremsleuchte 430 schematisch dargestellt. Die hochge setzte Bremsleuchte 430 ist beispielsweise in die Heckfenster scheibe 4000 des Kraftfahrzeugs integriert. Figur 352 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein m-LED-Array 701 der hochgesetz- ten Bremsleuchte 430. Figur 353 zeigt einen Querschnitt durch die Heckfensterscheibe 4000 und die hochgesetzte Bremsleuchte mit vertikaler Querschnittsebene. Figur 354 zeigt einen Quer schnitt durch die Heckfensterscheibe 4000 und die hochgesetzte Bremsleuchte mit horizontaler Querschnittsebene. Die hochge- setzte Bremsleuchte 430 besitzt ein m-LED-Array 701, das einen Träger 710 mit zeilenweise und spaltenweise auf dem Träger 710 angeordneten m-LEDs 711 aufweist. Gemäß der in Figur 3B abge bildeten Tabelle weisen die Pixeldichte und der Pixelabstand für die Anwendung von m-LED-Arrays in hochgesetzten Bremsleuch- ten „CHMSL" bevorzugte Werte von mindestens 10 PPI und höchstens 2,5 mm auf. Beispielsweise hat die Pixeldichte des m-LED-Arrays 701 einen Wert von 100 PPI und der Pixelabstand beträgt bei spielsweise 0,25 mm. Dadurch kann die hochgesetzte Bremsleuchte 430 zusätzlich auch zur Anzeige von Informationen, beispiels- weise Warnhinweisen etc. genutzt werden. Die m-LEDs 711 emit tieren während des Betriebs der hochgesetzten Bremsleuchte 430 rotes Licht.
Das m-LED-Array 701 ist vollständig im Material der Heckfens- terscheibe 4000 eingebettet. Beispielsweise ist das m-LED-Array 701 zwischen zwei Glaslagen der Heckfensterscheibe 4000 ange ordnet. Der Träger 710 des m-LED-Arrays 701 ist transparent ausgebildet und der Wölbung der Heckfensterscheibe 4000 ange passt, so dass die hochgesetzte Bremsleuchte 430 im ausgeschal- teten Zustand durchsichtig ist. Auf dem Träger 710 sind Leiter bahnen (nicht abgebildet) zur elektrischen Kontaktierung der m- LEDs 711 angeordnet. Außerdem sind in die Heckfensterscheibe 4000 Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des m-LED-Ar- rays 701 integriert. Die Leiterbahnen bestehen beispielsweise aus transparentem Material wie zum Beispiel ITO oder sind me tallisch und so dünn ausgebildet, dass sie für das menschliche Auge unsichtbar sind. Die Leuchtdichte des m-LED-Arrays 701 beträgt mindestens 0,14 Cd/m2.
Alternativ kann die hochgesetzte Bremsleuchte statt in die Heck fensterscheibe 4000 im Dachbereich des Kraftfahrzeugs in die Fahrzeugkarosserie integriert sein und das m-LED-Array 701 kann in diesem Fall analog zu dem m-LED-Array 502 ausgebildet sein.
Aufgrund der hohen Pixeldichte können mittels der hochgesetzten Bremsleuchte zusätzlich auch Warnhinweise oder andere Informa tionen an nachfolgende Verkehrsteilnehmer übermittelt werden. Beispielsweise kann die hochgesetzte Bremsleuchte an eine Ein- richtung mit einem Beschleunigungssensor gekoppelt sein und im Fall einer abrupten starken Bremsung des Fahrzeugs den Warnhin weis „Notfallbremsung" anzeigen. Weiterhin kann die hochge setzte Bremsleuchte auch an eine Einrichtung mit einem Abstands sensor gekoppelt sein, der den Abstand zum nachfolgenden Fahr- zeug detektiert und in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwin digkeit im Fall des Unterschreitens eines Sicherheitsabstandes einen entsprechenden Warnhinweis anzeigt.
Gemäß einem weiteren, in den Figuren 355 bis 357 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl von m-LED-Arrays zu einem Display 1000 zusammen gefügt, das an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und beispielsweise in die Karosserie des Kraftfahrzeugs integriert ist. In Figur 355 ist schematisch die rechte Seite eines Kraftfahr zeugs mit einem in die Fahrzeugkarosserie eingebettetem Display 1000 dargestellt. Das Display 1000 wird von einer Vielzahl von gleichartigen m-LED-Arrays 1100 gebildet, die zeilenweise und spaltenweise angeordnet und mechanisch sowie elektrisch mitei nander verbunden sind. Das Display 1000 hat beispielsweise, wie in Figur 355 schematisch dargestellt, eine rechteckige Kontur. Es ist aber auch jede andere Kontur möglich. Jedes m-LED-Array 1100 weist eine Vielzahl von Tripeln 1101 von m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B auf, die auf einem gemeinsamen Träger 1110 des jeweiligen m-LED-Arrays 1100 zeilenweise und spalten weise angeordnet sind. In Figur 356 ist schematisch eine Drauf sicht auf ein m-LED-Array 1100 des Displays 1000 dargestellt. Jeder Pixel des m-LED-Arrays 1100 wird von einem Tripel 1101 von m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B gebildet. Jeder Pixel des m-LED- Arrays 1100 umfasst somit eine rotes Licht emittierende m-LED 1101R, eine grünes Licht emittierende m-LED 1101G und eine blaues Licht emittierende m-LED 1101B. Die Tripel 1101 von m- LEDs 1101R, 1101G, 1101B sind zeilenweise und spaltenweise auf dem Träger 1110 des m-LED-Arrays 1100 angeordnet.
Der Träger 1110 weist elektrisch isolierendes Material auf und ist mit elektrischen Kontakten (nicht abgebildet) für die m- LEDs 1101R, 1101G, 1101B und elektrischen Leiterbahnen (nicht abgebildet) zur Stromversorgung und zur Ansteuerung der m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B versehen. Außerdem können auf dem Träger
1110 oder im Träger 1110 elektronische Komponenten zum Betrieb der m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B angeordnet sein. Der Träger 1110 besitzt beispielsweise eine rechteckige Kontur mit vier Seiten kanten 1111, 1112, 1113 und 1114. An jeder Seitenkante 1111,
1112, 1113, 1114 sind ein Vorsprung 1121, 1122, 1123, 1124 und eine Vertiefung 1131, 1132, 1133, 1134 spiegelsymmetrisch zu einer Mittellinie des Trägers 1110 angeordnet, so dass ein Vor- sprung 1121 des Trägers 1110 eines m-LED-Arrays 1100 in eine Vertiefung 1134 des Trägers 1110 eines benachbarten m-LED-Ar- rays 1100 passt. Durch die in Figur 356 schematisch dargestellte Anordnung der Vorsprünge 1121, 1122, 1123, 1124 und Vertiefungen 1131, 1132, 1133, 1134 entlang der Seitenkanten 1111, 1112, 1113, 1114 des Trägers 1110 können die Träger 1110 der m-LED-
Arrays 1100 nahtlos zum Display 1000 zusammengefügt werden. Die Vorsprünge 1121, 1122, 1123, 1124 und Vertiefungen 1131, 1132, 1133, 1134 können zusätzlich zur mechanischen Verbindung auch eine elektrische Verbindung zwischen den m-LED-Arrays 1100 des Displays 1000 ermöglichen.
In Figur 357 ist schematisch ein Querschnitt mit vertikal ver laufender Querschnittsebene durch die Fahrzeugkarosserie 10000 des Kraftfahrzeugs und das Display 1000 dargestellt. Das Display 1000 ist in der Vertiefung 1501 an der Außenseite der Fahrzeug karosserie 10000 angeordnet. Es passt sich der Kontur der Fahr zeugkarosserie 10000 an. Die Träger 1110, 1110' der m-LED-Arrays 1100, 1100' des Displays 1000 liegen in der Vertiefung 10001 an der Fahrzeugkarosserie an. Träger 1110, 1110' von benachbarten m-LED-Arrays 1100, 1100' des Displays 1000 können zwecks Anpas sung des Displays 1000 an die Kontur der Fahrzeugkarosserie 10000 einen von 0 Grad bzw. 180 Grad verschiedenen Winkel mit einander bilden, wie in Figur 357 beispielhaft und schematisch dargestellt ist.
Die Abmessungen der m-LED-Arrays 1100, 1100' bzw. ihrer Träger 1110, 1110' können unterschiedlich sein, um beispielsweise eine bessere Anpassung des Displays 1000 an die Kontur der Fahrzeug karosserie 10000 zu ermöglichen. Insbesondere können in gewölb- ten Bereichen der Fahrzeugkarosserie 10000, die vom Display 1000 bedeckt sind, m-LED-Arrays 1100, 1100' bzw. Träger 1110,
1110' der m-LED-Arrays 1100, 1100' mit geringen Abmessungen vor gesehen sein als in nicht gewölbten Bereichen der Fahrzeugka rosserie 10000, die vom Display 1000 bedeckt sind. Etwaige Zwi- schenräume in der Vertiefung 10001 zwischen dem Display 1000 und der Fahrzeugkarosserie 10000 können mit transparenter Ver gussmasse 10002 gefüllt sein.
Die Außenseite der Fahrzeugkarosserie 10000 schließt nahtlos mit der Vergussmasse 10002 ab, so dass die Außenseite der Fahr zeugkarosserie 10000 und die Oberfläche der Vergussmasse 10002 eine zusammenhängende gemeinsame Oberfläche bilden und sich das Display 1000 nicht von der Fahrzeugkarosserie 10000 abhebt. Die m-LED-Tripel 1101, 1101' der m-LED-Arrays 1100, 1100' können jeweils eine Mikro-Optik (nicht abgebildet) aufweisen, um bei spielsweise eine bessere Lichtauskopplung zu ermöglichen. Die Träger 1110, 1110' der m-LED-Arrays 1100, 1100' des Displays
1000 können farbig gestaltet sein und beispielsweise dieselbe Farbe wie die Fahrzeugkarosserie 10000 besitzen. Dadurch er- scheint das Display 1000 im ausgeschalteten Zustand in derselben Farbe wie die Fahrzeugkarosserie 10000. Das Display 1000 ist mit einer Ansteuereinrichtung (nicht abgebildet) zur Ansteue rung des Displays 1000 und einer Betriebsvorrichtung (nicht abgebildet) zur Energieversorgung des Displays 1000 verbunden, wobei die Ansteuereinrichtung Bestandteil eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs sein kann und mittels der Betriebsvorrich tung die Energieversorgung des Displays 1000 aus der Bordnetz spannung des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Die Ansteuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass einzelne m-LED-Arrays 1100, 1100' des Displays 1000 und auch einzelne m- LEDs eines m-LED-Arrays 1100 bzw. 1100' separat ansteuerbar sind, so dass die gesamte Bildschirmfläche des Displays 1000 oder nur auswählbare Teilbereiche der Bildschirmfläche des Dis- plays 1000 nutzbar sind. Die Bedienung des Displays 1000 durch einen Nutzer erfolgt mittels eines Bedienungsmoduls (nicht ab gebildet), das beispielsweise im Inneren des Kraftfahrzeugs an geordnet ist und beispielsweise in die Mittelkonsole des Kraft fahrzeugs integriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Bedienung des Displays 1000 beispielsweise mit Hilfe eines Smartphones und einer entsprechenden Smartphone-App vorgesehen sein .
Gemäß der Auflistung in der in Figur 3B abgebildeten Tabelle sind für die Anwendung „Exterior Advertisement good resolution" eine Pixeldichte von mindestens 100 PPI und ein Pixelabstand von höchstens 0,25 mm zweckmäßig. Für die Anwendung „Decoration Style Displays" sind eine Pixeldichte von mindestens 50 PPI und ein Pixelabstand von höchstens 0,5 mm sinnvoll. Für die Anwen- düng „Pedestrian Communication" sind eine Pixeldichte von min destens 25 PPI und ein Pixelabstand von höchstens 1,0 mm geeig net. Für die Anwendung „Exterior Advertisement" sind ebenfalls eine Pixeldichte von mindestens 25 PPI und ein Pixelabstand von höchstens 1,0 mm sinnvoll. Die Pixeldichte der m-LED-Arrays 1100, 1100' und damit auch des gesamten Displays 1000 beträgt beispielsweise 150 PPI und der Pixelabstand beträgt beispiels weise 0,17 mm, um das Display 1000 für alle vorgenannten vier Anwendungen nutzen zu können. Für einen Betrachter, der in einem Abstand im Bereich von ca. 0,5 m bis 20 m auf das Display 1000 schaut, wird dadurch ein Display 1000 mit hoher Auflösung ge währleistest. Der Betrachter kann in diesem Abstand einzelne Pixel 1101, 1101' des Displays 1000 mit dem bloßen Auge nicht unterscheiden . Die gesamte Bildfläche des Displays 1000 oder auch nur ein Teil der Bildfläche des Displays 1000 kann beispielsweise zu deko rativen Zwecken genutzt werden, indem entweder alle m-LED-Ar- rays 1100, 1100' oder nur ein Teil der m-LED-Arrays des Displays 1000 mit Hilfe einer Ansteuereinrichtung (nicht abgebildet), die beispielsweise Bestandteil eines Bordcomputers des Kraft fahrzeugs sein kann, und einer Betriebseinrichtung zum Betrei ben der m-LED-Arrays 1100, 1100' bzw. der m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B angesteuert werden. Beispielsweise können einzelne m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B von einigen ausgewählten m-LED-Arrays 1100, 1100' mittels einer Ansteuereinrichtung (nicht abgebildet), die beispielsweise Bestandteil eines Bordcomputers des Kraftfahr zeugs sein kann, angesteuert und betrieben werden, um ein ge wünschtes Leuchtdesign auf der Fahrzeugkarosserie 10000 zu er zeugen .
Beispielsweise kann der Nutzer mittels des Bedienungsmoduls aus einem Vorrat von verfügbaren Designs, die beispielsweise in einem Datenspeicher gespeichert sind, ein gewünschtes Design auswählen, das mit Hilfe der Ansteuereinrichtung erzeugt wird, welche die zum Erzeugen des Designs erforderlichen m-LEDs 1101R, 1101G, 1101B von einigen oder von allen m-LED-Arrays 1100, 1100' des Displays 1000 ansteuert. Beispielsweise können die m-LEDs 1101B der m-LED-Arrays 1100, die in einer Zeile 1200 des Dis plays 1000 angeordnet sind, mit Hilfe der Ansteuereinrichtung eingeschaltet werden, um eine blau leuchtende Zierleiste auf der Fahrzeugkarosserie 10000 zu erzeugen. So können insbeson dere in einem Datenspeicher, der beispielsweise Bestandteil der Ansteuereinrichtung oder des Bordcomputers oder über eine In ternetverbindung verfügbar ist, zahlreiche Designs gespeichert sein, die vom Nutzer des Kraftfahrzeugs mittels des Bedienungs moduls auswählbar sind und die mittels einiger von der Ansteu ereinrichtung programmgesteuert ausgewählten m-LED-Arrays 1100, 1100 'des Displays 1000 auf der Außenseite der Fahrzeugkarosse rie 1500 erzeugt werden können. Alternativ können auch alle m- LED-Arrays 1100, 1100' des Displays 1000 angesteuert werden, um beispielsweise ein Panoramabild oder ähnliches auf der Fahr zeugkarosserie 10000 darzustellen. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Datenspeicher über eine Internetverbindung ak tualisierbar ist, um beispielsweise den Vorrat an verfügbaren Designs zu ergänzen oder zu aktualisieren.
Die gesamte Bildfläche des Displays 1000 oder auch nur ein Teil der Bildfläche des Displays 1000 kann beispielsweise zu Werbe zwecken genutzt werden, indem entweder alle m-LED-Arrays 1100, 1100' oder nur ein Teil der m-LED-Arrays des Displays 1000 mit Hilfe einer Ansteuereinrichtung (nicht abgebildet), die bei spielsweise Bestandteil eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs sein kann, angesteuert werden. Beispielsweise können mittels des Displays 1000 Werbefilme gezeigt werden oder auch nur sta- tische oder animierte Werbeplakate dargestellt werden. Die Wer befilme oder Werbeplakate können beispielsweise durch den Nut zer mittels des Bedienungsmoduls ausgewählt und mit Hilfe der Ansteuereinrichtung oder des Bordcomputers abgespielt werden oder software-gesteuert aus einem Datenspeicher geladen und ab- gespielt werden. Der Datenspeicher kann Bestandteil der Ansteu ereinrichtung oder des Bordcomputers sein oder beispielsweise über eine Internetverbindung mit der Ansteuereinrichtung oder dem Bordcomputer verbindbar sein, um beispielsweise einen Down load oder eine Aktualisierung der Werbeinhalte zu ermöglichen. Zur Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern ist ein Dis play gemäß dem oben näher beschriebenen Display 1000 geeigneter Weise im Frontbereich oder/und im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Beispielsweise ist das Display gemäß dem oben näher beschriebenen Display 1000 im Frontbereich zwischen den Front- Scheinwerfern oder auf der Motorhaube des Kraftfahrzeugs ange ordnet, um beispielsweise eine Kommunikation mit Passanten zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Display gemäß dem oben näher beschriebenen Display 1000 im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um beispielsweise eine Kommu- nikation mit nachfolgenden Verkehrsteilnehmern zu ermöglichen.
Insbesondere kann ein Display gemäß dem oben näher beschriebenen Display 1000, das im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, zusätzlich Sensoren oder Detektoren aufweisen, die bei- spielsweise auf den Trägern 1110 der m-LED-Arrays 1100 in einem Zwischenraum zwischen den m-LED-Tripeln 1101 angeordnet sind und die beispielsweise in Verbindung mit einem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs zur Überwachung der Verkehrslage dienen, so dass beispielsweise ein Fußgängerüberweg und das Vorhandensein von Fußgängern, welche diesen benutzen wollen, detektiert werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise mit Hilfe des Displays 1000 im Frontbereich des Kraftfahrzeugs und mittels einer An steuereinrichtung für das Display sowie mittels des Bordcompu ters den Fußgängern ein Hinweis angezeigt werden, ob ihre An- Wesenheit von einem autonom fahrenden Kraftfahrzeug oder vom Fahrer des Kraftfahrzeugs erkannt wurde und das Kraftfahrzeug am Fußgängerüberweg anhalten wird oder nicht.
Wird das im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Display nur für die Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern und für dekorative Zwecke verwendet, so kann das Display eine ge ringere Pixeldichte und einen größeren Pixelabstand als das an der Fahrzeugseite angeordnet Display 1000 aufweisen. Beispiels weise kann ein im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnetes Display eine Pixeldichte von 50 PPI und einen Pixelabstand von 0,5 mm aufweisen.
Ein im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnetes Display, das gemäß dem oben beschriebenen Display 1000 ausgebildet ist, kann insbesondere ebenfalls zusätzlich Sensoren oder Detektoren auf weisen, die beispielsweise auf den Trägern 1110 der m-LED-Arrays 1100 in einem Zwischenraum zwischen den m-LED-Tripeln 1101 an geordnet sind und die beispielsweise in Verbindung mit einem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs zur Überwachung der Verkehrs- läge dienen, um beispielsweise nachfolgende Verkehrsteilnehmer vor Gefahren zu warnen. Beispielsweise kann auf einen zu gerin gen Sicherheitsabstand, auf Hindernisse auf der Fahrbahn etc. hingewiesen werden. Wird das im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Display nur für die Kommunikation mit anderen Ver- kehrsteilnehmern und für dekorative Zwecke verwendet, so kann das Display eine geringere Pixeldichte und einen größeren Pi xelabstand als das an der Fahrzeugseite angeordnet Display 1000 aufweisen. Beispielsweise kann ein im Heckbereich des Kraft fahrzeugs angeordnetes Display eine Pixeldichte von 50 PPI und einen Pixelabstand von 0,5 mm aufweisen. Außerdem können sowohl im Frontbereich als auch im Heckbereich des Kraftfahrzeugs Displays gemäß dem oben beschriebenen Dis play 1000 angeordnet sein, die zusätzlich Sensoren und Detek toren aufweisen und in Verbindung mit einem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs zur Überwachung der Verkehrslage dienen. Mit Hilfe dieser Displays können beispielsweise Informationen in Form von Anzeigen oder codierten Lichtsignalen von Fahrzeug zu Fahrzeug weitergegeben werden. Vorteilhafterweise können zu diesem Zweck die im Frontbereich und Heckbereich des Kraftfahr zeugs angeordneten Displays zusätzlich m-LED-Arrays umfassen, die mit Infrarotstrahlung emittierenden m-LEDs bestückt sind, so dass eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen beispiels weise mit Hilfe von codierten Infrarotsignalen ermöglicht wird, die für menschliche Betrachter nicht sichtbar sind.
Figur 358 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel der vorlie genden Erfindung. Figur 358 zeigt das Innere eines Fahrzeugs 1300, das zu Beförderung von Personen geeignet ist. Im oberen Bereich des Fahrzeugs 1300 ist ein Fahrzeugdach 1301 ausgebil det. Innerhalb des Fahrzeugdachs ist eine Ausgabeeinrichtung umfassend einen Dachhimmel 1302 angeordnet.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels erstreckt sich der Dachhimmel zumindest teilweise über das Fahrzeugdach. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 358 erstreckt sich der Dach himmel 1302 nahezu vollständig über das Fahrzeugdach 1301. Der Dachhimmel 1302 überragt den hinteren Bereich sowie den vorderen Bereich des Fahrzeuginnenraums und erstreckt sich über die Rück sitzbank (nicht dargestellt) zu den vorderen Sitzen, d. h. über dem Sitz des Fahrzeugführers 1303 als auch Sitz des Beifahrers 1304. Das Licht, das von den Dachhimmel 1302 emittiert wird, beleuchtet zumindest teilweisen den Innenraum des Fahrzeugs so wie insbesondere die Sitze innerhalb des Fahrzeugs. Die Größe des Dachhimmels 1302 kann in der Regel eine minimale Größe von etwa 70 c 40 cm und eine maximale Größe von etwa 200 * 180 cm aufweisen .
Diese Größen können sich nach der Größe des Fahrzeugs, insbe sondere nach der Größe des Fahrzeugdaches, richten. Die typische Auflösung eines Dachhimmels kann in der Regel größer oder gleich 50 PPI bzw. kleiner oder gleich 508 PP ( [gm] ) betragen und entspricht damit in etwa einer mittleren Auflösung (vergleiche hierzu auch Figur 3B) .
Der Dachhimmel 1302 ist über eine Ansteuereinrichtung mit einer Aufnahmeeinrichtung signaltechnisch verbunden, die in der Figur 358 nicht dargestellt sind. Der Dachhimmel 1302 ist über die Aufnahmeeinrichtung regelbar. Der Dachhimmel 1302 ist dazu ge eignet die visuelle Atmosphäre innerhalb des Fahrzeugs zu re geln. Dabei kann der gewünschte Effekt und die visuelle Atmo sphäre über die Aufnahmeeinrichtung vorgegeben werden.
Der Dachhimmel 1302 ist dazu geeignet Licht in das Fahrzeugin nere zu strahlen und dadurch den Fahrzeuginnenraum zu beleuch ten. Diese Beleuchtung kann mittels sichtbaren und nicht sicht baren Licht beeinflusst und geregelt werden und beeinflusst so die Atmosphäre innerhalb des Fahrzeugs. Es ist allgemein be kannt, dass sichtbares Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen auch unterschiedlichen Einfluss auf das menschliche Empfinden haben. Beispielsweise hat Licht mit einem hohen Blauanteil die Wirkung, dass sich Personen, die diesem Licht ausgesetzt sind, besser konzentrieren können und eine erhöhte Aufmerksamkeit er langen können. Im Gegensatz dazu, kann gedämpftes oder rötlich gefärbtes Licht dazu führen, dass Personen die, die diesem Licht ausgesetzt sind, einfacher entspannen können.
In dem in Figur 358 dargestellten Ausführungsbeispiel des Dach himmels 1302 ist dieser als Display ausgebildet. Das Display kann eben, d.h. flach, ausgebildet sein. Alternativ kann das Display eine Freiform aufweisen, die beispielsweise die Form des Fahrzeugdachs abbildet und damit an diese anschmiegt. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Dach himmel 1302 selbst das Fahrzeugdach. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Dachhimmel 1302 transparent ausgebildet. Für Personen, die sich innerhalb des Fahrzeugs befinden, ist es damit möglich, aus dem Fahrzeug heraus zu blicken und in den Himmel zu schauen. Mit anderen Worten, kann Licht von außen in das Fahrzeuginnere strahlen .
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Fahrzeugdach von innen mit Material bezogen sein. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs in das Ma terial eingearbeitet sein. Das Material kann Leder oder anderes porenaufweisendes Material umfassen. Hierbei können die m-LEDs in den Poren des Materials angeordnet sein. Das Material kann Stoff (auch Gewirke und/oder Wirkwaren genannt) umfassen. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs in nerhalb der Schlaufen angeordnet sein, die einen Stoff ausbil- den. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs über das gesamte Fahrzeugdach verteilt sein. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs über den gesamten Fahrzeuginnenbereich verteilt sein. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs netzartig über den gesamten Fahrzeuginnenbereich verteilt sein.
Mittelkonsolen können als zentrales Bedienelement zur Einstel lung verschiedener Parameter dienen. Sie können in der Regel am Armaturenbrett eines Fahrzeugs angeordnet sein und können op tisch den Fahrerbereich von dem Beifahrerbereich dienen. Bei- spiele für die oben genannten einstellbaren Parameter können Einstellungen des Fahrwerks des Fahrzeugs und/oder Einstellun gen der Klimaanlagen bzw. der Klimaautomatik sein.
Figur 359 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mittelkonsole 1401 innerhalb eines Fahrzeugs 1403. Die Mittelkonsole 1401 kann an einem Armaturenbrett 1402 angeordnet sein. Die Figur 359 stellt insbesondere den vorderen Fahrzeugbereich dar. Schematisch an gedeutet sind darin das Lenkrad 1404 und der Sitz 1405 samt Fußraum 1407 des Fahrzeugführers (Fahrerseite). Die Mittelkon- sole kann ein Display 1406 umfassen, das gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere m-LEDs bzw. m-LED-Arrays aufweist. Das Display 1406 kann dazu eingerichtet sein, eine grafische Oberfläche abzubilden. Gemäß dem in Figur 359 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel befindet sich die Mittelkonsole 1401 auf der Höhe des Lenkrads 1404. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann die Mittelkonsole sich über das gesamte Armaturenbrett erstrecken. Insbesondere kann der Bereiche der Mittelkonsole, der eine grafische Oberfläche abbildet, sich zumindest teilweise oder auch vollständig über Bereich des Armaturenbretts erstre- cken.
Typische Größen eines Displays können mindestens 12 c 9 cm und maximal 40 c 25 cm betragen. Die Auflösung kann mindestens größer oder gleich 200 PPI bzw. kleiner oder gleich 127 PP [pm] sein. In der Regel kann der Fahrer etwa 40-70 cm von dem Display entfernen sein, so dass er bei der zuvor genannten Auflösung die einzelnen m-LEDs nicht erkennen kann.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können auf Auf- nahmeeinrichtungen ein oder mehrere Sensoren, angeordnet sein, die dazu geeignet sind Informationen aufzunehmen. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die Aufnahmeeinrich tungen, insbesondere die Sensoren, zwischen m-LEDs angeordnet sein. Die Informationen können beispielsweise berührungslose Gesten, mechanischer Druck auf die Mittelkonsole, Berührungen und Gesten auf der Mittelkonsole, Lichtintensität in der Umge bung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und/oder andere Parameter der des Fahrzeuginnenraums umfassen. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LED direkt auf das Armaturen- brett aufgebracht/angeordnet sein. Die A-Säule, die B-Säule, die C-Säule, und die D-Säule eines Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs können dazu eingerichtet sein, das Fahrzeugdach mit dem Fahrzeugboden verbinden. Die Figur 360 zeigt schematisch und auszugsweise das Innere eines Fahrzeugs aus der Perspektive eines Fahrzeugführers. Gezeigt sind in der Figur 360 das Lenkrad 1501, die A-Säule 1502, die Windschutz scheibe 1503 sowie die Seitentür 1504 mit der Fensterscheibe 1505. Die A-Säule 1502 trennt zumindest optisch die Windschutz scheibe von 1503 von der Fensterscheibe 1505.
An der A-Säule 1502 ist eine Ausgabeeinrichtung in Form eines Displays 1506 angeordnet. Das Display 1506 ist signaltechnisch über eine nicht dargestellte Ansteuerung mit Aufnahmeeinrich tung in Form einer Kamera 1507 verbunden. Die Kamera ist außer halb des Fahrzeugs angeordnet und derart ausgerichtet, dass diese Signale und Bilder aus der hinteren Sphäre des Fahrzeugs aufnimmt. Nach Verarbeitung der Signale und Bilder durch die Ansteuerung werden diese auf dem Display 1506 wiedergegeben. Auf diese Weise kann der hintere Bereich des Fahrzeugs auf dem Display 1506 abgebildet sein. In vorteilhafter Weise kann hier durch der Außenspiegel des Fahrzeugs durch das Kamera-Display- System ersetzt sein.
Ein System zum Ersatz eines Außenspiegels kann typischerweise eine Größe von mindestens 12 * 8 cm maximal 20 c 15 1 aufweisen. Die Auflösung kann größer oder gleich 200 PPI bzw. kleiner oder gleich 127 PP [pm] betragen. Das Display 1506 kann m-LEDs bzw. m-LED-Arrays umfassen und zur Bildwiedergabe geeignet sein. Ge mäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann das Display 1506 eine Form aufweisen, die der Form der A-Säule 1502 ange passt ist.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann die Bildwie dergabe auch zur Wiedergabe als Rückspiegelersatz dienen. Hierzu wird ebenfalls eine Aufnahmeeinrichtung über eine Ansteuerung mit einer Ausgabeeinrichtung verbunden, wobei die Ausgabeein richtung in dem Bereich angeordnet sein kann, wo üblicherweise der Rückspiegel eines Fahrzeugs angeordnet ist. Ausgabeeinrichtungen, die als Rückspiegelersatz dienen, können eine Größe von mindestens 15 c 10 cm bzw. maximal 30 * 15 cm aufweisen. Die Auflösung kann größer oder gleich 250 PPI bzw. kleiner oder gleich 102 PP [pm] betragen. Figur 361 zeigt schematisch einen weiteren Aspekt der vorlie genden Konzepte. Die Figur zeigt das Innere eines Fahrzeugs aus der Sicht des Fahrzeugführers. Die Figur 361 zeigt eine Wind schutzscheibe von 1601, eine Fensterscheibe 1602 sowie eine A- Säule 1603, die die Windschutzscheibe 1601 zumindest optisch von der Fensterscheibe 1602 trennt. Im Hintergrund ist ferner eine Person 1604 zu sehen.
Herkömmliche Fahrzeugsäulen verdecken einen erheblichen Teil des Sichtfeldes des Fahrzeugführers. Hinter diesen Säulen be- findet sich der sogenannte tote Winkel, die der Fahrzeugführer regelmäßig nicht einsehen kann. Personen oder Gegenstände, die sich in diesen toten Winkel befinden können somit von dem Fahr zeugführer optisch nicht erfasst werden und bilden potentielle Gefahrenquellen .
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Konzepte erstreckt sich die Ausgabeeinrichtung zumindest teilweise über die A-Säule. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung erstreckt sich die Ausgabeeinrichtung zumindest teilweise über eine B-Säule, eine C-Säule und/oder eine D-Säule. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 361 ist die Ausgabeeinrich tung in die A-Säule 1603 integriert. Die Ausgabeeinrichtung kann die A-Säule, die B-Säule, die C-Säule und/oder die D-Säule um fassen. Die Ausgabeeinrichtung umfasst gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels m-LEDs bzw. m-LED-Arrays , die auf einem Träger angeordnet sind, dessen Form der Fahrzeugsäulen ent spricht. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels können die m-LEDs bzw. m-LED-Arrays auf der Säule selbst angeordnet sein .
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels wird über die Ausgabeeinrichtung an den Säulen a ein Bild wiedergegeben, das dem Bereich entspricht, der aus Sicht des Fahrzeugführers von der betreffenden Säule verdeckt ist.
Figur 362 zeigt ein Statusdisplay 1701, dass innerhalb einer Fahrzeugtür 1702 angeordnet ist. Dieses Statusdisplay 1701 ist dazu eingerichtet, Fahrzeuginformationen in vorbestimmter Weise abzubilden. Das Display umfasst hierzu m-LEDs bzw. m-LEDs-Ar- rays, die auf einem Träger angeordnet sind, der im vorliegenden Beispiel an die Kontur der Fahrzeugtür 1702 angepasst ist. Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann das Status Display an einer beliebigen Stelle innerhalb des Fahrzeugs angeordnet werden. Typische Größen für derartige Displays können etwa 1 c 0,5 cm bzw. maximal 6 * 6 cm betragen. Die Auflösung kann größer oder gleich 200 PPI bzw. kleiner oder gleich 127 PP [pm] betra gen .
Ein m-LED-Array mit m-LEDs, die während des Betriebs UV-Strah- lung emittieren, kann beispielsweise zur Entkeimung von Flüs sigkeiten, insbesondere von Wasser verwendet werden. Insbeson dere die im Paragrafen mit dem Titel „Smart Dust" beschriebenen Baueinheiten, die m-LED-Arrays umfassen, können aufgrund ihrer Verkapselung, die einen Schutz vor Umwelteinflüsse bietet, vor- teilhaft zur Entkeimung von Flüssigkeiten genutzt werden.
Ein m-LED-Array mit m-LEDs, die während des Betriebs farbiges oder weißes Licht emittieren, kann beispielsweise in Textilien eingebettet oder eingewoben sein, um beispielsweise Leuchtef- fekte oder Designeffekte zu erzielen oder Informationen mittels Licht darzustellen bzw. anzuzeigen. Insbesondere die im Para grafen mit dem Titel „Smart Dust" beschriebenen Baueinheiten, die m-LED-Arrays umfassen, können aufgrund ihrer Verkapselung, die einen Schutz vor Umwelteinflüsse bietet, vorteilhaft in Textilien genutzt werden.
Ein m-LED-Array kann zusammen mit einer Betriebsschaltung zum Betrieb der m-LEDs als Baueinheit ausgebildet sein. Die Be triebsschaltung kann einen Integrierten Schaltkreis (IC) umfas- sen. Der integrierte Schaltkreis kann ein programmierbarer oder ein programmgesteuerter Integrierter Schaltkreis sein. Außerdem kann ein m-LED-Array auch einen oder mehrere mikroskopische Sensoren mit gleichartiger oder unterschiedlicher Funktion auf weisen, die drahtlos kommunizieren. Beispielweise können Daten der vorgenannten Sensoren drahtlos an eine externe, das heißt außerhalb des m-LED-Arrays angeordnete Vorrichtung zur Auswer tung übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Daten der vorgenannten Sensoren auch intern von dem Integrierten Schaltkreis des m-LED-Arrays ausgewertet und zur Steuerung der m-LED verwendet werden. Ferner kann ein m-LED-Array auch einen Energiespeicher zur Energieversorgung der m-LEDs des m-LED-Ar- rays und gegebenenfalls auch zur Energieversorgung der vorge nannten mikroskopischen Sensoren umfassen. Der Energiespeicher kann induktiv aufladbar ausgebildet sein. Der Energiespeicher und die vorgenannten Sensoren können auf einem gemeinsamen Trä ger mit den m-LEDs des m-LED-Arrays angeordnet sein.
Die vorgenannten m-LEDs oder m-LED-Arrays enthaltenden Bauein heiten sind jeweils mikroskopisch klein ausgebildet. Die Abmes- sungen dieser Baueinheiten in jede Raumrichtung sind vorzugs weise kleiner oder gleich 1 Millimeter. Da diese Baueinheiten einen eigenen Energiespeicher besitzen, sind sie weitgehend au tark und können mit einer gasdichten oder wasserdichten Hülle bzw. Verkapselung versehen sein. Der Energiespeicher kann bei Bedarf durch induktive Kopplung an eine externe Energiequelle aufgeladen werden. Die in diesem Paragraphen beschriebenen Bau einheiten werden auch als Smart-Dust-Lichtemitter bezeichnet.
Die hier dargestellten Anwendungsbeispiele gerade in einem Kraftfahrzeug bedingen zum Teil gekrümmte oder zumindest nicht planare und gerade Oberflächen. Daher erscheint es zweckmäßig, mit den in dieser Anmeldung offenbarten Herstellungstechniken und Bauelementen bzw. Strukturen gekrümmte Anzeigevorrichtungen zu schaffen.
In der Figur 363 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer An zeigevorrichtung in Querschnittsansicht gezeigt. Die Anzeige vorrichtung umfasst einen Träger 1, beispielsweise aus Kunst stoff oder Glas oder Metall, mit einer Vorderseite 10 und einer Rückseite 11. Durch den Träger 1 erstreckt sich eine Öffnung 12. Auf der Vorderseite 10 sind zwei Anzeigesegmente 2 aufge bracht. Die Anzeigesegmente 2 umfassen jeweils ein Substrat 20, auf dem mehrere optoelektronische Bauelemente 25 angeordnet sind. Bei den optoelektronischen Bauelement 25 handelt es sich jeweils um m-LEDs oder m-LED-Arrays oder Module mit m-LEDs, die im Betrieb einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind und Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittieren. Die m- LEDs oder m-LED-Arrays oder Module mit m-LEDs sind in Pixeln arrangiert. Jedes Pixel umfasst in diesem Beispiel drei Subpi- xel, die im Betrieb unterschiedliche Farben emittieren.
Die Substrate 20 der Anzeigesegmente 2 umfassen jeweils eine Anschlussschicht 21 und eine elektrisch isolierende Schicht 22. Die optoelektronischen Bauelemente 25 sind elektrisch leitend mit der Anschlussschicht 21 verbunden. Die elektrisch isolie rende Schicht 22 ist zwischen der Anschlussschicht 21 und dem Träger 1 angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht 22 be steht beispielsweise aus einem organischen Material, wie Po lyimid. Insbesondere ist die elektrisch isolierende Schicht 22 einfach zusammenhängend ausgebildet und frei von Unterbrechun gen oder Durchkontaktierungen. Die Substrate 20 sind daher je weils nur auf einer Seite, nämlich im Bereich der Anschluss schicht 21, mit elektrischen Leitungen versehen. Auf einer der Anschlussschicht 21 abgewandten Seite der elektrisch isolieren den Schicht 22 und zwischen dem Träger 1 und der elektrisch isolierenden Schicht 22 sind keine elektrischen Leitungen vor gesehen . In der Figur 363 ist zu erkennen, dass die Vorderseite 10 des Trägers 1 eine Krümmung aufweist. Die Anzeigesegmente 2 sind flexibel oder biegbar ausgestaltet und liegen formschlüssig auf der Vorderseite 10 auf. Das linke Anzeigesegment 2 umfasst eine Lasche 23, die durch die Öffnung 12 in dem Träger 1 hindurch- geführt ist. Die Lasche 23 bildet eine elektrische Leitung 3, über die das Anzeigesegment 2 von der Rückseite 11 des Trägers 1 aus elektrisch kontaktierbar ist. Vorliegend ist der an der Rückseite 11 hervorstehende Teil der Lasche 23 in einen Stecker 4, wie einem Flexible-Printed Circuit-Stecker oder Zero-Injec- tion-Force-Stecker, eingesteckt und auf diese Weise elektrisch angeschlossen.
In den Figuren 364A und 364B ist ein Ausführungsbeispiel eines Anzeigesegments 2 in Querschnittsansicht und Draufsicht ge zeigt. Das Anzeigesegment 2 kann wiederum flexibel oder biegbar ausgebildet sein. Vorliegend sind auf dem Anzeigesegment 2 zwei optoelektronische Bauelemente 25 sowie ein elektronisches Bau teil 26, beispielsweise ein IC-Chip, angeordnet. Ein solches Anzeigesegment 2 kann für die Anzeigevorrichtung der vorliegen den Erfindung verwendet werden.
Figur 365 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anzeige vorrichtung, bei dem sich die Öffnung 12 in dem Träger 1 unter einem flachen Winkel durch den Träger 1 hindurch erstreckt. Entsprechend muss die Lasche 23 des Substrats 20 beim Durchfüh- ren durch den Träger 1 weniger stark gebogen werden. In der Figur 366 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer An zeigevorrichtung gezeigt, bei der auf der Vorderseite des Trä gers 1 im Bereich der Öffnung 12 ein Füllmaterial 13, zum Bei spiel Silikon, angeordnet ist. Dies kann die durch die Öffnung hervorgerufene Störung im Erscheinungsbild der Anzeigevorrich tung korrigieren. Zusätzlich ist auf die Anzeigesegmente 2 eine durchgehende, strahlungsabsorbierende Schicht 14, beispiels weise eine schwarze Schicht, aufgebracht, die nur die Bereiche der optoelektronischen Bauelemente freilässt. Dies erhöht das Kontrastverhältnis der Anzeigevorrichtung.
In der Figur 367 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel noch eine durchgehende, entspiegelnde Schicht 15 auf die Anzeigesegmente 2 aufgebracht ist. Diese Schicht 15 verursacht Streuung von
Umgebungslicht und ist insbesondere sinnvoll, falls die absor bierende Schicht 14 oder die optoelektronischen Bauelemente 25 reflektierend für Umgebungslicht sind. In der Figur 368 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer An zeigevorrichtung gezeigt, bei der auf die Anzeigesegmente 2 eine reflektierende Schicht 16 aufgebracht ist. Auf die reflektie rende Schicht 16 ist eine funktionale Schicht 17 aufgebracht, die beispielsweise eine Polarisationsfolie zusammen mit einer l/4-Plättchen-Folie umfasst. Umgebungslicht wird an der Pola risationsfolie linear polarisiert, an der l/4-Plättchen-Folie zirkular polarisiert, an der reflektierenden Schicht 16 reflek tiert, wobei die Zirkulationsrichtung gedreht wird. Erneut an der Polarisationsfolie angekommen ist dann die Polarisations- richtung um 90° gedreht und das Licht wird absorbiert. Auch somit ist eine Entspiegelung erreicht.
In der Figur 369 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung gezeigt, bei dem die Lasche 23 des Substrats 20 an der Rückseite 11 aus der Öffnung 12 des Trägers 1 heraus ragt, und zwar so weit, dass auf diesem herausragenden Teil der Lasche 23 noch ein aktives oder passives elektronisches Bauteil 26 aufgebracht ist.
In der Figur 370 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer An zeigevorrichtung gezeigt. Vorliegend ist anders als in den vor hergehenden Ausführungsbeispielen kein Teil des Substrats 20 durch die Öffnung 2 geführt. Vielmehr ist das Anzeigesegment 2 so auf den Träger 1 aufgebracht, dass ein Teil des Anzeigeseg ments 2 die Öffnung 12 überdeckt. In diesem Bereich ist ein Teil der elektrisch isolierenden Schicht 22 entfernt, so dass die Anschlussschicht 21 des Substrats 20 zugänglich ist. Über eine elektrische Leitung 3 in Form einer Metallschicht, die über die Seitenflächen des Trägers 1 im Bereich der Öffnung 12 bis auf die Rückseite 11 gezogen ist, ist das Anzeigesegment 2 von der
Rückseite 11 her elektrisch kontaktiert, und zwar wieder über einen Stecker 4. Bevorzugt ist zwischen der elektrischen Leitung 3 in Form der Metallschicht und dem Träger 1 noch eine Isola- tionsschicht angeordnet.
In den Figuren 371A bis 371K sind Ausführungsbeispiele von ver schiedenen Anzeigesegmenten 2 in Draufsicht gezeigt. Aus Grün den der Übersichtlichkeit sind die optoelektronischen Bauele- mente nicht dargestellt. Die rechteckigen, gestrichelten Käst chen deuten aber an, wie die optoelektronischen Bauelemente in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein könnten, um beispiels weise verschiedene Pixel oder Bildpunkte zu realisieren. Die gestrichelten Linien deuten Faltlinien an, entlang derer die Anzeigesegmente 2 gebogen oder geknickt werden können, um die Laschen 23 durch Öffnungen eines Trägers zu führen. Die Laschen 23 umfassen teilweise Anschlusspins 230 für eine Steckverbin dung zu einem Stecker. In den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Figuren 371A bis 371K sind verschiedene Aspekte hinsichtlich der Lasche und an derer Merkmale dargestellt. In Figur 371A ist die Lasche 23 nur an einer Seite des Anzeigesegments 2 angeordnet. Bei der Aus- führung nach Figur 371B ist die Lasche 23 eingeschnürt, um eine schmalere Öffnung im Träger zu ermöglichen.
In Figur 371C ist die Lasche 23 nur so breit wie nötig, um eine schmalere Öffnung im Träger zu ermöglichen oder mehrere Öffnun- gen für benachbarte Anzeigesegmente zu ermöglichen. Bei der Darstellung der Figur 371D ist zu erkennen, dass die Lasche 23 mittig an einer Seite des Anzeigesegments 2 angeordnet ist. In Figur 371E sind auf dem Anzeigesegment 2 aktive oder passive elektronische Bauteile 26 angeordnet.
Bei der Ausführung nach Figur 371F sind Laschen 23 an allen Seiten des Anzeigesegments 2. In Figur 371G sind Laschen 23 nur an zwei gegenüberliegenden Seiten des Anzeigesegments 2. In Figur 371H weist das Anzeigesegment 2 eine Trapezform auf, hin- gegen ist bei Figur 3711 zeigt das Anzeigesegment 2 eine hexa gonale Form. Bei Figur 371J weist das Anzeigesegment 2 eine Freiform auf und in Figur 371K ist das Anzeigesegment 2 drei eckig . In den Figuren 372A und 372B sind Ausführungsbeispiele eines Trägers 1 jeweils in Draufsicht auf die Vorderseite des Trägers 1 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Vorderseiten der Träger 1 jeweils gekrümmt sind. Die schwarz umrandeten Kästchen deuten die Bereiche an, in denen jeweils ein Anzeigesegment 2 angeord- net werden kann. Jedem Anzeigesegment 2 kann dabei eine Öffnung 12 in den Träger 1 eineindeutig zugeordnet werden. In der Figur 372A ergibt sich in der oberen Reihe eine Diskontinuität der Öffnungen 12. In der Figur 372B wird dies dadurch umgangen, dass die Öffnungen 12 für die oberste Reihe der aufzubringenden An zeigesegmente auf derselben Höhe angeordnet sind wie die Öff nungen 12 für die Anzeigesegmente eine Reihe weiter unten. In den Figuren 373A bis 373D sind verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Anzeigevorrich tung gezeigt. In der Position der Figur 373A wird zunächst ein Anzeigesegment 2 hergestellt. Dazu wird ein Substrat 20 mit einer Anschlussschicht 21 und einer zusammenhängenden, elektrisch isolierenden Schicht 22 bereitgestellt. Das Substrat ist beispielsweise über einen TFT-Prozess hergestellt. Das Sub strat 20 ist zur Verarbeitung zunächst auf einem Hilfsträger 5, beispielsweise einem Glasträger 5, aufgebracht. Als nächstes werden auf einer Oberseite das Substrat 20 optoelektronische Bauelemente 25 und ein elektronisches Bauteil 26 aufgebracht, zum Beispiel in einem parallelen Bestückungsverfahren, und mit tels der Anschlussschicht 21 miteinander elektrisch verschaltet (siehe Figur 373B) . Zum Aufbringen und elektrischen Anschließen der Bauelemente 25 und des Bauteils 26 wird zum Beispiel eine AC- (Anisotropic-Conductive ) -Paste verwendet. In der Position der Figur 373C ist dann schließlich der Hilfsträger 5 abgelöst. Übrig bleibt das selbsttragende Anzeigesegment 2. Dieses wird anschließend auf einen Träger 11 in einem dafür vorgesehenen Bereich angeordnet, zum Beispiel aufgeklebt (siehe Figur 373D) . Beispielsweise wird dabei eine Lasche des Anzeigesegments 2 durch eine Öffnung 12 im Träger 1 gesteckt.
Im Folgenden werden verschiedene Vorrichtungen und Anordnungen sowie Verfahren zur Herstellung, Prozessieren und Betreiben als Gegenstände nochmals beispielhaft aufgeführt. Die folgenden Ge genstände präsentieren verschiedene Aspekte und Ausführungen der vorgeschlagenen Prinzipien und Konzepte, die auf verschie dene Weisen kombiniert werden können. Derartige Kombinationen sind nicht auf die im Folgenden angegebenen beschränkt: 1. Lichtemittierende Vorrichtung umfasst:
- eine elektrisch leitende Struktur, die eine obere Hauptober fläche und eine untere Hauptoberfläche umfasst, die von der oberen Hauptoberfläche durch eine Distanz getrennt ist;
- eine Kavität in der elektrisch leitenden Struktur und die eine
Breite und Länge besitzt;
- ein Halbleiterschichtenstapel entlang der ersten Hauptrich tung, die in der Kavität angeordnet ist und sich zumindest über die obere Hauptoberfläche erstreckt, wobei der Halbleiter- schichtenstapel besitzt
O einen aktiven Bereich;
O einen ersten elektrischen Kontakt;
o einen zweiten elektrischen Kontakt;
- die Länge der Kavität basiert im Wesentlichen auf n/2 einer Wellenlänge von während des Betriebes zu emittierenden Lichts, wobei n eine natürliche Zahl ist.
2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Gegenstand 1, wobei der aktive Bereich des Halbleiterschichtenstapels zwischen der obe- ren und unteren Hauptoberfläche innerhalb der Kavität angeord net ist.
3. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Gegenstände 1 bis 2, wobei der Halbleiterschichtenstapel im Wesentlichen in der Mitte der Kavität angeordnet ist, insbesondere mit seinem Zentrum bei etwa der Hälfte der Kavitätslänge.
4. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei sich der zweite elektrische Kontakt über die untere Hauptoberfläche der elektrisch leitenden Struktur hinaus erstreckt .
5. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei der zweite Kontakt ein n-Kontakt und der erste Kontakt ein p-Kontakt ist. 6. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei der Halbleiterschichtenstapel einen Durchmes ser seiner Grundfläche innerhalb des aktiven Bereichs aufweist, der kleiner ist als eine im Betrieb emittierte Wellenlänge.
7. Lichtemittierende Vorrichtung nach Gegenstand 6, wobei der Halbleiterschichtenstapel einen Nanodraht lichtemittierende Vorrichtung formt. 8. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, bei dem der Halbleiterschichtenstapel auf wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten eine reflektierende Schicht um fasst, oder die wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten einem reflektierenden Bereich der Längsseiten der Kavität gegenüber- liegen.
9. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei die Kavität, auf der der unteren Hauptoberflä che benachbarten Seite teilweise geschlossen ist, wobei sie eine Aussparung innerhalb der elektrisch leitenden Struktur bildet.
10. Lichtemittierende Vorrichtung nach Gegenstand 9, wobei die Kavität ein Loch aufweist, damit sich der Halbleiterschichten stapel dadurch erstreckt.
11. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei der Halbleiterschichtenstapel in der Kavität isoliert ist und ein Zwischenraum zwischen einem Teil des Halb leiterschichtenstapels und der elektrisch leitenden Struktur gefüllt ist mit zumindest einem von:
- Luft oder einem anderen isolierenden Gas; und
- isolierendem Material. 12. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei der Halbleiterschichtenstapel eine auf ihre Seitenwand aufgebrachte Passivierung aufweist. 13. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei sich der Halbleiterschichtenstapel unter die untere Hauptoberfläche erstreckt.
14. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge- genstände, wobei der Halbleiterschichtenstapel eine im Wesent lichen rechteckige Grundfläche aufweist.
15. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, wobei der aktive Bereich des Halbleiterschichtensta- pel eine QuantentopfStruktur aufweist.
16. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, ferner umfassend
- eine zumindest auf die obere Hauptoberfläche der elektrisch leitenden Struktur aufgebrachte transparente Isolierschicht;
- eine Kontaktschicht, die auf die transparente Isolierschicht aufgebracht ist und die in elektrischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Kontakt ist.
17. Lichtemittierende Vorrichtung nach Gegenstand 16, wobei die transparente Isolierschicht die untere Hauptoberfläche bedeck, wobei der zweite Kontakt des Halbleiterschichtenstapels und die transparente Isolierschicht eine im Wesentlichen flache Ober fläche bilden, dadurch, dass sie die untere Hauptoberfläche bedecken .
18. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Gegenstände 16 oder 17, ferner umfassend eine auf der Kontaktschicht angeord nete Metastruktur. 19. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände, ferner umfassend zumindest:
- einen über der oberen Hauptoberfläche angebrachten Farbfil ter, insbesondere einen Bandpassfilter für einen schmalen Farb- bereich;
- ein über der oberen Hauptoberfläche angebrachter Konverter, um Licht von einer ersten Wellenlänge zu Licht einer zweiten längeren Wellenlänge zu konvertieren;
- eine über der oberen Hauptoberfläche angeordnete lichtformende Struktur, insbesondere eine dielektrische Struktur, eine die
Kavität überspannende Mikrolinse oder eine photonische Struktur
20. m-LED Anordnung, die zumindest zwei lichtemittierende Vor richtungen nach einem der vorherigen Gegenstände umfasst, wobei die zumindest zwei Elemente zumindest eine der folgenden Struk turen und/oder Schichten teilen:
- die elektrisch leitende Struktur;
- die zumindest auf die obere Hauptoberfläche der elektrisch leitenden Struktur aufgebrachte transparente Isolierschicht; - die auf die transparente Isolierschicht aufgebrachte Kontakt schicht ;
- der über der oberen Hauptoberfläche angebrachte Farbfilter;
- ein über der oberen Hauptoberfläche angeordneter Konverter. 21. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Kavitäten der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen im Wesentlichen die gleiche Länge haben.
22. m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 20 bis 21, wobei die Kavität von einem der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen im Wesentlichen parallel zu einer anderen der zu mindest zwei lichtemittierenden Anordnungen angeordnet ist. 23. m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 20 bis 22, wobei die Kavität einer der zumindest zwei lichtemittierenden Anord nungen im Wesentlichen rechtwinkelig zu der anderen der zumin dest zwei lichtemittierenden Anordnungen angeordnet ist.
24. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die zweiten Kontakte von jeder der zumindest zwei lichtemittie renden Anordnungen separat kontaktiert sind. 25. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der Farbfilter von einer der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen verschieden von einem Farbfilter einer anderen der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen ist. 26. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der Konverter von einer der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen verschieden von einem Konverter einer anderen der zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen ist. 27. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, fer ner einen Träger umfassend, der zumindest zwei Kontakte hat, um die jeweiligen zweiten Kontakte der auf dem Träger angebrachten zumindest zwei lichtemittierenden Anordnungen elektrisch zu kontaktieren .
28.g-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wel ches die lichtemittierende Vorrichtung für eine Lichtleitervor richtung nach einem der nachfolgenden Gegenstände bildet; 29. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Kontaktelemente auf einer oder benachbart zu einer der Öff nung der Kavität gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und weiter umfassend:
- ein Träger mit Kontaktbereichen auf einer Oberseite, auf den die Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung aufgebracht sind, wobei der Träger mehrere Stromtreiber oder andere Schal tungen zur Stromversorgung des Halbleiterschichtenstapels auf weist . 30. m-Display mit einer m-LED-Anordnung nach einem der vorhe rigen Gegenstände, mit Merkmalen einer Steuer- oder Ansteuer schaltung nach einem der nachstehenden Gegenstände und Merkma len einer Lichtführungseinrichtung nach einem der nachstehenden Gegenstände .
31. Verfahren zur Herstellung einer m-LED Anordnung, mit den Schritten :
Ausbilden von Paaren die Form eines Polyeders oder eines Prismas aufweisender, beschichteter Materialvolumina an einem Wachs- tumsträger; und
Ausbilden eines auf diese Farbe abgestimmten Konverter-Materi als zwischen den Materialvolumina eines Paares zur Emission einer bestimmten Farbe. 32. Verfahren nach Gegenstand 31, gekennzeichnet durch an die Materialvolumina erfolgendes Abscheiden einer aktiven Schicht und an dieser einer Zusatzschicht zum Erhalten der be schichteten Materialvolumina. 33. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Erzeugen von Metallisierungen für jedes Paar zur elektrischen Kontaktierung von p-Kontakten mit p-Kontaktbereichen und n-Kon- takten mit n-Kontaktbereichen .
34. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Ausbilden einer Anwachsschicht auf dem Wachstumsträger, die von einer Maskierung freie Bereiche aufweist, an die die Paare von Materialvolumina angewachsen werden. 35. Verfahren nach Gegenstand 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwachsschicht eine n-Dotierung und insbesondere GaN auf weist ;
die Maskierung Siliziumdioxid oder Siliziumstickstoff aufweist; die Materialvolumina das zur Anwachsschicht gleiche Material aufweisen;
die aktive Schicht In- oder Al- GaN-MQW (Multi Quanten-Gräben) aufweist ;
die Zusatzschicht eine p-Dotierung und insbesondere GaN auf- weist.
36. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Erzeugen der Materialvolumina mit deren Längsachsen parallel zueinander und parallel zum Wachstumsträger sowie in zueinander gleicher Form.
37. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Abscheiden von, insbesondere Lötmittel bereitstellenden, spie gelnden ersten Metallisierungen an den dem Wachstumsträger ab gewandten Seiten der beschichteten Materialvolumina, wobei da mit die, insbesondere streifenförmigen, p-Kontakte ausgebildet werden .
38. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Abscheiden einer Lötmittel-Metallisierungsschicht an einer Hauptoberfläche eines flächigen Trägers, wobei die Lötmittel- Metallisierungsschicht an den die p-Kontakte ausbildenden ers ten Metallisierungen der Materialvolumina angeschlossen, ins besondere gebondet, wird.
39. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn- zeichnet durch Entfernen des Wachstumsträgers, insbesondere mittels Laser (LLO (Laser-Lift-Off) ) .
40. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch
Entfernen der Anwachsschicht und der Maskierung, insbesondere jeweils mittels Ätzen (RIE (Reaktives Ionen Ätzen) oder ICP (Induktiv gekoppeltes Plasma Ätzen)). 41. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
an der Seite des entfernten Wachstumsträgers ausgeführtes Äb- scheiden einer, insbesondere Siliziumdioxid aufweisenden, Pas sivierungsschicht, die die Oberflächen der Seite insbesondere vollständig bedeckt.
42. Verfahren nach Gegenstand 41, gekennzeichnet durch
Entfernen von, insbesondere streifenförmigen, Bereichen der Passivierungsschicht entlang den Längsachsen der Materialvolu- mina an deren dem Träger abgewandten Oberflächen; und
Äbscheiden von die, insbesondere streifenförmigen, n-Kontakte ausbildenden zweiten Metallisierungen an den offengelegten Be reichen der Materialvolumina. 43. Verfahren nach Gegenstand 41 oder 42, gekennzeichnet durch
Äbscheiden von Seitenwandspiegel-Metallisierungen an und ent lang der Passivierungsschicht senkrecht aus Längsachsen der n- Kontakte heraus, entlang einer zum Träger senkrechten Seiten wand der Passivierungsschicht.
44. Verfahren nach Gegenstand 43, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Querachse bei jeweils zwei einander benachbarten beschichteten Materialvolumina die Seitenwandspiegel-Metalli sierungen abwechselnd voneinander abgewandt und zueinander zu- gewandt erzeugt sind. 45. Verfahren nach Gegenstand 43 oder 44, dadurch gekennzeich net, dass
entlang einer Querachse bei zwei einander benachbarten beschich teten Materialvolumina, bei denen die Seitenwandspiegel-Metal- lisierungen voneinander abgewandt erzeugt sind, ein freier Zwi schenraum mittels des jeweiligen Konverter-Materials befüllt wird .
46. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
an und entlang der Passivierungsschicht von den n-Kontakten, den Seitenwandspiegel-Metallisierungen und als dritte Metalli sierungen abgeschiedene metallischen Zwischenverbindungen eine elektrische Verbindung zu, insbesondere streifenförmigen, als vierte Metallisierungen abgeschiedenen n-Kontaktbereichen aus gebildet wird.
47. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
an und entlang der Passivierungsschicht von den n-Kontakten, den Seitenwandspiegel-Metallisierungen und als dritte Metalli sierungen abgeschiedenen metallischen Zwischenverbindungen zu n-Kontakt-Durchkontaktierungen zur anderen Seite des Trägers eine elektrische Verbindung zu, insbesondere streifenförmigen, als vierte Metallisierungen abgeschiedenen n-Kontaktbereichen ausgebildet wird.
48. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
an und entlang der Passivierungsschicht von den n-Kontakten und den Seitenwandspiegel-Metallisierungen zu n-Kontakt-Durchkon- taktierungen zur anderen Seite des Trägers eine elektrische Verbindung zu, insbesondere streifenförmigen, als vierte Metal lisierungen abgeschiedenen n-Kontaktbereichen ausgebildet wird. 49. Verfahren nach Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass die n-Kontakt-Durchkontaktierungen mittels der Passivierungs schicht zu der Lötmittel-Metallisierungsschicht und dem Träger elektrisch isoliert sind.
50. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Entfernen von, insbesondere streifenförmigen, Bereichen der die Lötmittel-Metallisierungsschicht bedeckenden Passivierungs- Schicht;
Abscheiden von, insbesondere streifenförmigen, fünften Metal lisierungen an den offengelegten Bereichen der Lötmittel-Metal- lisierungsschicht zum Ausbilden eines p-Kontaktbereiches , der mittels der Lötmittel-Metallisierungsschicht mit den p-Kontak- ten elektrisch verbunden ist.
51. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Entfernen von, insbesondere streifenförmigen, Bereichen des die Lötmittel-Metallisierungsschicht bedeckenden Trägers;
Abscheiden von, insbesondere streifenförmigen, fünften Metal lisierungen an den offengelegten Bereichen der Lötmittel-Metal- lisierungsschicht zum Ausbilden eines als p-Kontakt-Durchkon- taktierung zu der den Materialvolumina abgewandten Seite des Trägers erzeugten p-Kontaktbereiches, der mittels der Lötmit- tel-Metallisierungsschicht mit den p-Kontakten elektrisch ver bunden ist.
52. Verfahren nach Gegenstand 51, dadurch gekennzeichnet, dass die p-Kontakt-Durchkontaktierungen im Bereich eines jeweiligen
Konverter-Materials ausgebildet sind.
53. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige bis alle Metallisierungen das gleiche Material aufweisen, und dass insbesondere die zweiten Metallisierungen und die Seitenwandspiegel-Metallisierungen Al oder Ag aufwei sen .
54. Pixelanordnung, umfassend
- wenigstens ein Subpixel welches ein Paar aus zwei benachbart und durch einen Zwischenraum beabstandeten m-LEDs umfasst, wo bei die m-LEDs zur Abgabe von Licht in den Zwischenraum ausge- bildet sind;
- ein Konvertermaterial in dem Zwischenraum.
55. Pixelanordnung nach Gegenstand 54, bei dem die m-LEDs die Form eines Polyeders oder eines Prismas aufweisender, beschich- teter Materialvolumina aufweist und eine aktive Schicht zumin dest entlang der dem Zwischenraum zugewandten Seite aufweist.
56. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die m-LEDs eine reflektierende Schicht auf der dem Zwi- schenraum abgewandten Seite aufweist.
57. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die m-LED-Anordnungen über eine gemeinsame Anschlussschicht aufweisen, welche zur Stromzuführung an die aktive Schicht aus- gebildet ist.
58. Pixelanordnung nach Gegenstand, bei der die gemeinsame An schlussschicht unterhalb eines von der gemeinsamen Anschluss schicht isolierten Bodens des Zwischenraums verläuft und/oder bei dem ein Teil der gemeinsamen Anschlussschicht jeweils zwi schen der aktiven Schicht einer jeden m-LED und dem Konverter material verläuft .
59. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der eine Kontaktschicht auf der dem Zwischenraum abgewandten Seite in Richtung einer Emissionsseite verläuft und dort das Materialvolumina zur Stromzuführung an die aktive Schicht kon taktiert . 60. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der das Konvertermaterial den Zwischenraum zumindest bis zu einer Oberseite der Materialvolumina ausfüllt.
61. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der eine transparente Deckschicht das Paar an Subpixeln und den Zwischenraum überdeckt.
62 Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
zwei weitere Subpixel, welches jeweils ein Paar aus zwei be nachbart und durch einen Zwischenraum beabstandeten m-LEDs um fasst, wobei die m-LEDs zur Abgabe von Licht in den Zwischenraum ausgebildet sind;
- ein zu dem ersten Konvertermaterial unterschiedliches Konver- termaterial in wenigstens einem der Zwischenräume.
63. Pixelanordnung nach Gegenstand 62, bei der zumindest eine der auf der dem Zwischenraum abgewandten Seite verlaufende Kon taktschicht einer m-LED eines Subpixels einer Kontaktschicht einer m-LED eines anderen Subpixels gegenüberliegt.
64 Pixelanordnung nach Gegenstand 62 oder 63, bei der die drei Subpixel im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind; oder ein Subpixel im Wesentlichen senkrecht zu den zwei übrigen Subpixel angeordnet ist.
65. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wei ter umfassend: - eine photonische Struktur nach Merkmalen der einem der nach folgenden Gegenstände, die insbesondere periodische Bereiche unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. 66. Pixelanordnung nach Gegenstand 65, bei dem die photonische
Struktur wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
- die photonische Struktur ist ein zweidimensionaler Kristall,
- die photonische Struktur ein Übergitter entlang wenigstens einer Richtung umfasst.
67. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wei ter umfassend eine Vielzahl von Kontaktelementen auf einer der Emissionsseite abgewandten Seite, welche mit Kontaktbereichen eines Trägers in Verbindung stehen, wobei der Träger zumindest eine Stromtreiberschaltung, insbesondere nach einem der nach folgenden Gegenstände für jedes Paar an m-LEDs umfasst
68. Pixelanordnung nach Gegenstand 67, weiter umfassend eine Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung einer Mehrzahl von m-LEDs nach einem der nachfolgenden Gegenstände, wobei die m- LEDs der Vorrichtung durch Paar m-LEDs gebildet sind.
69. Pixelanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pixelanordnung mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Verfahren erzeugt wurde.
70. m-LED Anordnung, aufweisend
- wenigstens einen m-Rod, der entlang eines Trägers angeordnet ist, wobei der m-Rod einen eine erste Dotierung aufweisenden länglichen Kern entlang einer Längsachse ausbildet, und der Kern nach außen von einer Schichtfolge von einem ersten Längsende bis zu einem von der Schichtfolge freien zweiten Längsende be schichtet ist, wobei - der wenigstens m-Rod an dem ersten Längsende mittels der Schichtfolge und eines ersten Kontakts an einen ersten Kontakt bereich des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossen ist, und an dem zweiten Längsende mittels des Kerns und eines zweiten Kontakts an einen zweiten Kontaktbereich des Trägers elektrisch und mechanisch angeschlossen ist, wobei die Schichtfolge durch eine Isolationsschicht von dem zweiten Kontakt elektrisch iso liert ist. 71. m-LED Anordnung nach Gegenstand 70, wobei der m-Rod für eine
Emission von Licht einer bestimmten Wellenlänge eine darauf abgestimmte Geometrie aufweist, und insbesondere als mindestens ein Polyeder, insbesondere als Prisma oder Parallelepiped aus gebildet ist, wobei das erste Längsende insbesondere als Pyra- mide, Pyramidenstumpf, Obelisk oder Keil abschließt.
72. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
der m-Rod für eine Emission von Licht einer bestimmten Wellen- länge eine darauf abgestimmte räumliche Erstreckung, insbeson dere senkrecht zur Längsachse einen bestimmten Durchmesser, aufweist .
73. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
der m-Rod für eine Emission von Licht einer bestimmten Wellen länge von einem darauf abgestimmten Konverter-Material bedeckt ist . 74. Elektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem m-Rod und/oder an dem Träger eine reflektierende Schicht, insbesondere eine Ti02 in einer Silicon-Matrix aufweisende Schicht, ausgebildet ist; oder dass an dem m-Rod und/oder an dem Träger eine dunkle, insbesondere schwarze, Schicht ausgebildet ist.
75. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
an dem m-Rod und/oder an dem Träger eine transparente Schicht, insbesondere ein ITO-Mantel, erzeugt ist.
76. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
an dem m-Rod und/oder an dem Träger ein Gehäuse, insbesondere als Vergussmasse, erzeugt ist.
77. Pixelelement mit drei m-LED Anordnungen nach einem der vor- herigen Gegenstände, bei dem
die drei Bauelemente zueinander und/oder zu dem Träger parallel, an Kontaktbereichen des Trägers elektrisch und mechanisch an geschlossenen sind, wobei die drei elektronischen Bauelemente zur Lichtabgabe wenigstens einer Wellenlänge ausgeführt sind.
78. Pixelelement nach dem vorherigen Gegenstand, bei dem jedes der drei m-LED Anordnungen zur Lichtabgabe ausgebildet und die Frequenz eines abgegebenen Lichtes unterschiedlich ist. 79. Pixelelement nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die ersten Längsenden der m-Rods der drei m-LED Anordnungen an einen gemeinsamen Anschluss angeschlossen sind.
80. Pixelelement nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der um die drei m-LED Anordnungen eine reflektierende umlaufende
Struktur, insbesondere eine umlaufende Struktur nach Merkmalen eines der nachfolgenden Gegenstände ausgebildet ist.
81. Pixelelement nach Gegenstand 80, bei dem die reflektierende umlaufende Struktur einen Anschluss für einen Kontaktbereich an dem ersten oder dem zweiten Längsende der m-Rods der drei m-LED Anordnungen bildet.
82. Pixelelement nach einem der vorherigen Gegenstände weiter umfassend eine photonische Struktur, insbesondere nach Merkma len nach einem der nachfolgenden Gegenstände, die oberhalb der m-LED-Anordnungen angeordnet ist.
83. Verfahren zur Herstellung einer m-LED Anordnung umfassend die Schritte:
- Erzeugen eines m-Rods, der entlang eines Trägers angeordnet wird, wobei der m-Rod einen eine erste Dotierung aufweisenden länglichen Kern entlang einer Längsachse ausbildet, und der Kern nach außen von einer Schichtfolge von einem ersten Längsende bis zu einem von der Schichtfolge freien zweiten Längsende be schichtet wurde, wobei
- Anschließen des m-Rod an dem ersten Längsende mittels der Schichtfolge und eines ersten Kontakts an einen ersten Kontakt bereich des Trägers
- Anschließen des m-Rod an dem zweiten Längsende mittels des
Kerns und eines zweiten Kontakts an einen zweiten Kontaktbereich des Trägers, wobei die Schichtfolge mittels einer Isolations schicht zu dem zweiten Kontakt elektrisch isoliert wird. 84. Verfahren nach Gegenstand 83, bei dem der Schritt des Er zeugens eines m-Rods umfasst:
- Erzeugen der Schichtfolge von einem Kern nach außen als eine die erste Dotierung aufweisende erste Schicht, eine aktive Schicht und eine eine zweite Dotierung aufweisende zweite Schicht.
85. Verfahren nach Gegenstand 83 oder 84, weiter umfassend:
- Erzeugen einer Gruppe von, insbesondere drei baugleichen, m- Rods, als insbesondere sich im Querschnitt senkrecht zur Längs- achse in Richtung zu einem ersten Längsende verkleinernd und/o der an dem ersten Längsende mit einer Spitze oder Kante oder einer Ebene abschließend. 86. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
- Erzeugen einer Gruppe von, insbesondere drei, m-Rods jeweils mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder unterschiedlicher Geometrie an dem Wachstumssubstrat, insbesondere mittels selek- tiver Epitaxie, so dass diese zur Emission von Licht unter schiedlicher Wellenlänge ausgebildet werden.
87. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, umfassend:
- Erzeugen eines ersten transparenten Kontaktes, insbesondere eines p-Kontaktes, an dem der Isolationsschicht abgewandten ersten Längsende eines jeweiligen m-Rods, insbesondere epitak tisch, insbesondere mittels eines mittels Sauerstoff-Plasma- Ätzens fotostrukturierten Seedlayers und/oder insbesondere mit tels Galvanisierens oder Sputterns, wobei insbesondere an dem ersten Kontakt mindestens eine Kontaktebene ausgebildet wird.
88. Verfahren nach Gegenstand 87,
- Umgeben der Gruppe von m-Rods mit einer Verbindungsschicht, insbesondere eine Thermoplast-Verbindungsschicht, vom ersten Längsende bis zu der Isolationsschicht, wobei die ersten Längs enden vorübergehend an einem Ersatzträger anliegen;
- Entfernen eines Wachstumssubstrats.
89. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend
- Erzeugen eines zweiten transparenten Kontaktes, insbesondere eines n-Kontaktes, an dem der Isolationsschicht zugewandten zweiten Längsende eines jeweiligen m-Rods, insbesondere mittels Galvanisierens oder Sputterns, wobei insbesondere an dem zwei- ten Kontakt mindestens zwei Kontaktebenen ausgebildet werden. 90. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch
Übertragen der Gruppe von m-Rods auf eine Folie,
Befestigen des zweiten Kontakts eines jeweiligen m-Rods, ins- besondere mit einer Kontaktebene, an der Folie.
91. Verfahren nach Gegenstand 90, weiter umfassend ein
Vereinzeln der m-Rods der Gruppe, wobei die Verbindungsschicht, zumindest teilweise entfernt wird.
93. Verfahren nach Gegenstand 90 oder 91, weiter umfassend Abheben von der Folie von Gruppen von, insbesondere drei, ver einzelten m-Rods, und deren elektrischen und mechanischen An- schließens mittels deren ersten Kontakten und deren zweiten Kontakten, insbesondere mittels Kontaktebenen, an erste Kon taktbereiche und zweite Kontaktbereiche des Trägers, parallel zueinander und/oder parallel zu dem Träger.
94. Verfahren nach Gegenstand 93,
gleichzeitiges Abheben und gleichzeitiges elektrisches und me chanisches Anschließen von ungefähr 500 bis 1500 Gruppen von m- Rods .
95. m-LED umfassend eine dreidimensionale lichtemittierende He- terostruktur mit einer ersten leitfähigen Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten leitfähigen Halbleiter schicht; dadurch gekennzeichnet, dass
die lichtemittierende Heterostruktur Aluminiumgalliumarsenid und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphid und/oder Aluminiumgal- liumindiumphosphidarsenid umfasst; und
wobei die lichtemittierende Heterostruktur durch Aufwachsen auf einer eine {110} orientierte Seitenfläche umfassende, selektiv epitaktisch auf einem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat abgeschiedenen Formschicht dreidimensional ausgebildet ist, wo- bei optional eine flache Topfläche {111} vorgesehen sein kann. 96. m-LED nach Gegenstand 95, bei dem die Formschicht Galli- umarsenid und/oder Aluminiumgalliumarsenid und/oder Alumini- umgalliumindiumphosphid und/oder ein Braggspiegelstapel um fasst .
97. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass die Formschicht nach der selektiven epitak tischen Abscheidung auf dem Galliumarsenid (lll)B Epitaxiesub strat nasschemisch nachbearbeitet ist.
98. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei denen die Formschicht eine dreiseitige Pyramide bildet, deren Seitenflä chen die Orientierung (-1-10), (-10-1) und (0-1-1) aufweisen.
99. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass die Formschicht eine (111) oder (-1-1-1) orientierte Fläche umfasst.
100. m-LED nach Gegenstand 99, bei dem die Formschicht einen dreiseitigen Pyramidenstumpf bildet, dessen Seitenflächen die Orientierung (-1-10), (-10-1) und (0-1-1) aufweisen und dessen Deckfläche (10) die Orientierung (-1-1-1) aufweist.
101. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Projektion der lichtemittierenden He terostruktur auf das Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat eine Kantenlänge von < 100 pm und bevorzugt < 20 pm aufweist.
102. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei denen die lichtemittierende Heterostruktur bis zu einer auf dem Galli umarsenid (111) B Epitaxiesubstrat für die selektive epitakti sche Abscheidung der Formschicht angelegten dielektrischen Maske reicht. 103. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass für eine Hauptabstrahlrichtung in Wachstums richtung der Schichtfolge oberhalb der lichtemittierenden He terostruktur eine transparente Kontaktschicht angelegt ist.
104. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass für eine Hauptabstrahlrichtung entgegen der Wachstumsrichtung der Schichtfolge unterhalb der lichtemittie renden Heterostruktur eine nach der Abnahme des Galliumarsenid (lll)B Epitaxiesubstrats und einer wenigstens teilweisen Ab nahme der Formschicht aufgebrachte Schichtfolge mit einer trans parenten Kontaktschicht vorliegt.
105. m-LED nach Gegenstand 104, bei der ein Konvertermaterial in Hauptabstrahlrichtung in einem Bereich unterhalb oder ober halb der aktiven Schicht auf die transparente Kontaktschicht aufgebracht ist.
106. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, mit einer m-LED nach einer der vorherigen Gegenstände und weiter umfassend eine photonische Struktur, insbesondere mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden Gegenstände, die auf einer Ober fläche der transparenten Kontaktschicht aufgebracht ist. 107. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei sich die photonische Struktur über die Konverterschicht erstreckt .
108. m-Displayanordnung für eine Wellenlänge im Bereich von 560 nm bis 1080 nm mit mindestens einer m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, die insbesondere in Reihen und Spalten angeordnet sind. 109. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halb leiteranordnung, insbesondere einer m-LED umfassend eine drei dimensionale lichtemittierende Heterostruktur mit einer ersten leitfähigen Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten leitfähigen Halbleiterschicht;
dadurch gekennzeichnet, dass
auf einem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesubstrat eine Form schicht mit einer {110} orientierten Seitenfläche durch selek tive Epitaxie aufgewachsen wird; und
die lichtemittierende Heterostruktur durch Aufwachsen von Alu- miniumgalliumarsenid- und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphid- schichten auf der Formschicht dreidimensional ausgebildet wird.
110. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halb- leiteranordnung nach Gegenstand 109, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschicht durch Galliumarsenid und/oder Alumini- umgalliumarsenid und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphid und/o der ein Braggspiegelstapel gebildet wird. 111. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halb leiteranordnung nach einem der Gegenstände 109 oder 110, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschicht nach der selektiven epi taktischen Abscheidung auf dem Galliumarsenid (111) B Epitaxi esubstrat nasschemisch nachbearbeitet wird.
112. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele ments, insbesondere einer m-LED, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, aufweisend eine erste n-dotierte Schicht, eine zweite p-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quan- tenwell, wobei die p-dotierte Schicht einen ersten Dotierstoff aufweist ;
- Aufbringen einer strukturierten Maske auf der Halbleiterstruk tur; - Dotieren der p-dotierten Schicht mit einem zweiten Dotierstoff mit ersten Prozessparametern, so dass ein Quantenwellintermi- xing in Bereichen der aktiven Schicht erzeugt wird, über der kein Bereich der strukturierten Maske liegt;
- Ausheilen mit von den ersten Prozessparametern unterschied lich zweiten Prozessparametern insbesondere ohne weitere Zugabe des zweiten Dotierstoffes .
113. Verfahren nach Gegenstand 112, bei dem der zweite Dotier- stoff Zn umfasst und den gleichen Dotiertyp wie der erste Do tierstoff aufweist.
114. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die zweiten Prozessparameter eine Temperatur umfassen, die grö- ßer ist als eine Temperatur der ersten Prozessparameter.
115. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die ersten und oder zweiten Prozessparameter wenigstens einen der folgenden Parameter umfasst:
- Temperatur;
- Temperaturänderung über einen definierten Zeitraum;
- Druck;
- Druckänderung über einen definierten Zeitraum;
- Zusammensetzung eines Gases;
- Zeitdauer;
- Kombination hieraus;
und sich die ersten Prozessparameter von den zweiten Prozesspa rametern in wenigstens einem Parameter, der nicht nur die Zeit dauer ist, unterscheidet.
116. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Maske von einer geeigneten Schicht der Halbleiterstruktur durch einen Strukturierungsschritt lokal gebildet ist. 117. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Ausheilens weiter umfasst:
- Zugabe eines Precursors, der ein Element aus der fünften Hauptgruppe umfasst, insbesondere P oder As.
118. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der zweite Dotierstoff Zn oder Mg umfasst.
119. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Halbleiterstruktur ein III-V Halbleitermaterial umfasst, das wenigstens eines der folgenden Materialsysteme aufweist:
- InP
- GaP
- InGaP
- InAlP
- GaAlP
- InGaAlP
120a. m-LED, m-LED-Anordnung, oder Halbleiterschichtstapel nach einem der vorherigen Gegenstände, insbesondere Gegenstände 1 bis 107, oder einem der nachfolgenden Gegenstände, welche eine Halbleiterstruktur aufweist, die mit einem Verfahren nach einem der der vorherigen Gegenstände hergestellt wurde. 120b. m-LED, umfassend:
- eine Halbleiterstruktur mit einem III-V-Halbleitermaterial, aufweisend
eine n-dotierte Schicht,
eine p-dotierte Schicht und
eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quantenwell ,
wobei die p-dotierte Schicht einen ersten Dotierstoff aufweist;
- einen zentralen Bereich in der aktiven Schicht, der lateral von einem zweiten Bereich in der aktiven Schicht umgeben ist, dessen Bandlücke größer ist als die des zentralen Bereiches; wobei in den zweiten Bereich ein zweiter Dotierstoff eingebracht ist, der ein Quantenwellintermixing in dem im zweiten Bereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht er zeugt .
121 m-LED, m-LED-Anordnung, oder Halbleiterschichtstapel nach einem der vorherigen Gegenstände, insbesondere Gegenstände 1 bis 107 oder einem der nachfolgenden Gegenstände, die einen zentralen Bereich in der aktiven Schicht aufweist, der lateral von einem zweiten Bereich in der aktiven Schicht umgeben ist, dessen Bandlücke größer ist als die des zentralen Bereiches; wobei in den zweiten Bereich ein zweiter Dotierstoff eingebracht ist, der ein Quantenwellintermixing in dem im zweiten Bereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht er- zeugt.
122. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine strukturierte Maske auf einem Teilbereich der p-dotierten Schicht angeordnet ist, welcher über dem zentralen Bereich in der aktiven Schicht liegt.
123. m-LED nach Gegenstand 122, bei dem eine Größe der Maske im Wesentlichen einer Größe des zentralen Bereichs entspricht. 124. m-LED nach Gegenstand 122, bei dem auf einer Oberfläche des von der Maske nicht bedeckten Bereichs der p-dotierten Schicht eine Schicht aus einem III-wertigen Material des III-V Halbleitermaterials und einem Element aus einem Precursormate rial, insbesondere P oder As, gebildet ist.
125. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele ments, insbesondere einer m-LED, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Halbleiterstruktur, aufweisend
eine erste n-dotierte Schicht,
eine zweite p-dotierte Schicht und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens einem Quantenwell ,
wobei die p-dotierte Schicht einen ersten Dotierstoff aufweist;
- Aufbringen einer strukturierten Maske auf der Halbleiterstruk- tur;
- Dotieren der p-dotierten Schicht mit einem zweiten Dotier stoff, so dass ein Quantenwellintermixing in Bereichen der ak tiven Schicht erzeugt wird, über der kein Bereich der struktu rierten Maske liegt;
wobei das Dotieren der p-dotierten Schicht mit einem zweiten Dotierstoff durch eine Gasphasendiffusion unter Verwendung ei nes Precursors mit dem zweiten Dotierstoff erfolgt und folgende Schritte aufweist:
- Abscheiden des zweiten Dotierstoffes auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht durch Zerlegung des Precursors bei einer ersten Temperatur, die derart gewählt ist, dass im Wesentlichen keine Diffusion des zweiten Dotierstoffes in die p-dotierten Schicht stattfindet;
- Diffundieren des abgeschiedenen zweiten Dotierstoffes in die p-dotierte Schicht bei einer zweiten Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur.
126. Verfahren nach Gegenstand 126, bei dem der zweite Dotier stoff Zn oder Mg umfasst und den gleichen Dotiertyp wie der erste Dotierstoff aufweist.
127. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Menge des abgeschiedenen zweiten Dotierstoffes so gewählt ist, dass dieser während der Diffusion im Wesentlichen voll- ständig in die p-dotierte Schicht diffundiert.
128. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Menge des zweiten Dotierstoffes so gewählt ist, dass in Bereichen der aktiven Schicht, über der kein Bereich der struk- turierten Maske liegt, eine durch den zweiten Dotierstoff er zeugte Barriere für die laterale Diffusion von Ladungsträgern größer ist als eine durch das Quantenwellintermixing hervorge rufene Barriere.
129. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Dotieren der p-dotierten Schicht mit einem zweiten Dotierstoff den Schritt umfasst:
- Ausheilen der Halbleiterstruktur nach dem Diffundieren des zweiten Dotierstoffes in die p-dotierten Schicht bei einer drit ten Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur.
130. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Maske von einer geeigneten Schicht der Halbleiterstruktur durch einen Strukturierungsschritt lokal gebildet ist.
131. Verfahren nach einem der Gegenstände 129 bis 130, bei dem der Schritt des Ausheilens umfasst:
- Bereitstellen eines weiteren Precursors, der ein Element aus der fünften Hauptgruppe umfasst, insbesondere P oder As und/oder
- Bildung einer Schicht aus einem III-V Halbleitermaterial auf der Oberfläche der p-dotierten Schicht.
132. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem während der Schritte des Abscheidens, Diffundierens und Aushei lens wenigstens einer der folgenden Parameter unterschiedlich gewählt ist:
- Temperaturänderung über einen definierten Zeitraum während eines der vorgenannten Schritte;
- Druck;
- Druckänderung über einen definierten Zeitraum während eines der vorgenannten Schritte;
- Zusammensetzung eines Gases;
- Kombination hieraus . 133. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Halbleiterstruktur ein III-V-Halbleitermaterial umfasst, das wenigstens eines der folgenden Materialsysteme aufweist:
- InP;
- GaP;
- InGaP;
- InAlP;
- GaAlP; und
- InGaAlP .
134. m-LED umfassend:
- eine Halbleiterstruktur mit einem III-V-Halbleitermaterial, aufweisend
eine n-dotierte Schicht,
eine p-dotierte Schicht und
eine dazwischen angeordnete aktive Schicht mit wenigstens ei nem Quantenwell,
wobei die p-dotierte Schicht einen ersten Dotierstoff aufweist;
- einen zentralen Halbleiterbereich in der aktiven Schicht, der lateral von einem zweiten Halbleiterteilbereich in der aktiven
Schicht umgeben ist, dessen Bandlücke größer ist als die des zentralen Bereiches
wobei in den zweiten Teilbereich ein zweiter Dotierstoff ein gebracht ist, der ein Quantenwellintermixing in dem im zweiten Teilbereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht vermittelt;
wobei in definierten Bereichen der aktiven Schicht eine Barriere für die laterale Diffusion von Ladungsträgern gebildet ist, die sich aus einer durch den zweiten Dotierstoff erzeugte Barriere und aus einer durch das Quantenwellintermixing hervorgerufene Barriere zusammensetzt.
135. m-LED nach Gegenstand 134, wobei die definierten Bereiche durch eine während der Herstellung aufgebrachten strukturierten Maske gebildet sind. 136. m-LED nach Gegenstand 134, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den zweiten Dotierstoff erzeugte Dotier-Barriere grö ßer ist als die durch das Quantenwellintermixing hervorgerufene Barriere .
137. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine strukturierte Maske auf einem ersten Teilbereich der p-dotier- ten Schicht angeordnet ist, welcher über dem zentralen Bereich in der aktiven Schicht liegt.
138. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine Größe der Maske im Wesentlichen einer Größe des zentralen Be reichs entspricht.
139. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem auf einer Oberfläche eines über dem definierten Bereich liegenden Teilbereich der p-dotierten Schicht eine Schicht aus einem III- wertigen Material des III-V Halbleitermaterials und einem Ele ment aus einem Precursormaterial, insbesondere P oder As, ge bildet ist.
140. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die aktive Schicht durch eine lichtemittierende Heterostruktur aus Aluminiumgalliumarsenid und/oder Aluminiumgalliumindiumphos- phid und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphidarsenid gebildet ist und die lichtemittierende Heterostruktur durch Aufwachsen auf einer eine {110} orientierte Seitenfläche umfassende, se lektiv epitaktisch auf einem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesub strat abgeschiedenen Formschicht dreidimensional ausgebildet ist .
141. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem we nigstens eine der p- und n-dotierten Schichten eine Quader- oder Barrenform aufweist und die aktive Schicht sich entlang wenigs tens einer Seitenwand und insbesondere über zwei Seitenwände und eine Hauptseite erstreckt. 142. m-LED Anordnung mit einer m-LED und einer auf einer in einer Hauptabstrahlrichtung liegenden Seite eine photonische Struktur, insbesondere mit Merkmalen nach einem der nachfolgen den Gegenstände angeordnet ist und mit einem Kontaktbereich auf der der Hauptabstrahlrichtung gegenüberliegenden Seite.
143. m-LED Anordnung nach Gegenstand 141, bei dem die m-LED von einer umlaufenden reflektierenden Struktur, insbesondere mit Merkmalen nach einem der vorherigen Gegenstände umgeben ist. 144. Verwendung einer m-LED in einer der Anordnungen nach einem der vorherigen Gegenstände.
145. m-LED umfassend:
- eine n-dotierte erste Schicht,
- eine mit einem ersten Dotierstoff dotierte p-dotierte zweite
Schicht ,
- eine aktive Schicht, die zwischen der n-dotierten ersten Schicht und der p-dotierten zweiten Schicht angeordnet ist und die mindestens einen Quantenwell aufweist,
wobei sich die aktive Schicht in mindestens zwei Bereiche auf teilt,
wobei ein zweiter Bereich einen ersten Bereich konzentrisch umschließt, und
wobei der mindestens eine Quantenwell im aktiven Bereich im zweiten Bereich eine größere Bandlücke aufweist als im ersten Bereich, und
wobei die Bandlücke insbesondere durch ein Quantenwellintermi- xing modifiziert wird. 146. m-LED nach dem vorherigen Gegenstand, weiter umfassend einen zweiten Dotierstoff, welcher im Wesent lichen gleichmäßig im zweiten Bereich angeordnet ist.
147. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei der zweite Dotierstoff im zweiten Bereich in
- der zweiten p-dotierten Schicht,
- in der aktiven Schicht und
- zumindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzen den Bereich der n-dotierten ersten Schicht ausgebildet ist.
148. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei die mindestens zwei Bereiche zumindest annähernd kreis förmig ausgebildet sind.
149. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei der zweite Bereich eine durch das Quantenwellintermixing modifizierte, im wesentlichen gleichmäßige Bandlückenänderung aufweist .
150. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei der erste Bereich im Wesentlichen kein Quantenwellinter mixing aufweist.
151. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei in einem definierten Übergangsbereich von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich ein Quantenwellintermixing ab nimmt .
152. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Dotierstoff von dem ersten Dotierstoff unterscheidet. 153. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass der zweite Dotierstoff aus einer Gruppe ge bildet ist, die wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst: Mg, Zn, Cd.
154. m-LED Anordnung mit einer Vielzahl m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände und einer auf einer in einer Hauptab- strahlrichtung liegenden Seite eine photonische Struktur, ins besondere mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden Gegenstände angeordnet ist und mit einem Kontaktbereich auf der der Haupt- abstrahlrichtung gegenüberliegenden Seite.
155. m-LED Anordnung mit einer Vielzahl m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände, bei dem eine photonische Struktur auf einer Hauptabstrahlseite durch eine periodische Anordnung säu lenförmiger Elemente mit einem ersten Brechungsindex gebildet sind, die von Material mit einem zweiten Brechungsindex umgeben sind, wobei wenigstens einige der säulenförmigen Elemente über der aktiven Schicht, insbesondere über dem ersten Bereich lie- gen.
156. m-LED Anordnung nach Gegenstand 153, bei dem wenigstens einer der Vielzahl von m-LED von einer umlaufenden reflektie renden Struktur, insbesondere mit Merkmalen nach einem der vor- herigen Gegenstände umgeben ist.
157. Verwendung einer m-LED in einer Anordnung, insbesondere als Halbleiterschichtenstapel nach einem der vorherigen Gegen stände .
158. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele mentes, insbesondere einer m-LED, umfassend das
- Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einer insbesondere n-dotierten ersten Schicht, einer mit einem ersten Dotierstoff dotierten insbesondere p-dotierten zweiten Schicht und einer dazwischen angeordneten aktiven Schicht;
- Aufbringen einer im wesentlichen kreisförmigen Diffusions maske auf die insbesondere p-dotierte zweite Schicht zur Defi- nition eines ersten, optisch aktiven Bereichs in der aktiven Schicht, die von einem zweiten Bereich der aktiven Schicht um geben ist; und
- Erzeugen eines Quantenwellintermixing in dem zweiten Bereich der aktiven Schicht.
159. Verfahren nach Gegenstand 158, wobei der Schritt des Er zeugens eines Quantenwellintermixing umfasst:
- Diffundieren eines zweiten Dotierstoffes in die zweite ins besondere p-dotierten Schicht, in die aktive Schicht im zweiten Bereich und zumindest teilweise in einen an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der insbesondere n-dotierten Schicht;
160. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei durch das Aufbringen der Diffusionsmaske auf die insbe- sondere p-dotierte zweite Schicht und durch das Diffundieren des zweiten Dotierstoffes in die zweite insbesondere p-dotier- ten Schicht, in die aktive Schicht im zweiten Bereich und zu mindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der insbesondere n-dotierten Schicht ein Quantenwellin- termixing lediglich im zweiten Bereich stattfindet.
161. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei die Diffusionsmaske durch ein Dielektrikum gebildet wird. 162. Verfahren, nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Dotierstoff von dem ersten Dotierstoff unterscheidet. 163. Verfahren, nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die erste Schicht p-dotiert und die zweiten Schicht n-dotiert ist . 164. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dotierstoff aus einer Gruppe gebildet ist, die wenigstens eines der folgenden Elemente um fasst: Mg, Zn, Cd. 165. Halbleiterstruktur, umfassend:
- eine n-dotierte erste Schicht,
- eine mit einem ersten Dotierstoff dotierte p-dotierte zweite Schicht ,
- eine aktive Schicht, die zwischen der n-dotierten ersten Schicht und der p-dotierten zweiten Schicht angeordnet ist und die mindestens einen Quantenwell aufweist,
wobei sich die aktive Schicht der Halbleiterstruktur in eine Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen, mindestens einen zweiten Bereich und mindestens einen dritten Bereich aufteilt, und
wobei die mehreren ersten optisch aktiven Bereiche in einem hexagonalen Muster zueinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der mindestens eine Quantenwell im aktiven Bereich im mindestens einen zweiten Bereich eine größere Bandlücke aufweist als in der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und dem mindestens einen dritten Bereich, und wobei die Bandlücke insbesondere durch ein Quantenwellintermixing modifiziert wird, und
wobei der mindestens eine zweite Bereich die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen umschließt, und
wobei der mindestens eine dritte Bereich in den Zwischenräumen zwischen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen an geordnet ist. 166. Halbleiterstruktur nach dem vorherigen Gegenstand, wobei die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen zumin dest annähernd kreisförmig ausgebildet sind.
167. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Vielzahl von zweiten Bereichen jeweils einen der
Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen konzentrisch um schließt .
168. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Vielzahl von zweiten Bereichen zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet sind.
169. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Vielzahl von dritten Bereichen so angeordnet ist, sodass jeder der Vielzahl von dritten Bereichen in der Mitte von genau drei ersten optisch aktiven Bereichen angeordnet ist.
170. Halbleiterstruktur nach dem vorherigen Gegenstand, wobei jeder der Vielzahl von dritten Bereichen zumindest annä- hernd kreisförmig ausgebildet ist.
171. Halbleiterstruktur nach Gegenstand 170,
wobei jeder der Vielzahl von dritten Bereichen zumindest annä hernd die Form einer Deltoid-Kurve abbildet, die jeweils von genau drei der Vielzahl von zweiten Bereichen, die zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet sind, gebildet wird.
172. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei je ein optisch aktiver Bereich der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen einen Teil je eines optoelektronischen Bauelements bildet.
173. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend einen zweiten Dotierstoff, welcher im Wesent lichen gleichmäßig im mindestens einen zweiten Bereich angeord- net ist. 174. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der zweite Dotierstoff im mindestens einen zweiten Bereich in
- der zweiten p-dotierten Schicht,
- in der aktiven Schicht und
- zumindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzen den Bereich der n-dotierten Schicht ausgebildet ist.
175. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der mindestens eine zweite Bereich eine durch das Quan- tenwellintermixing modifizierte, im Wesentlichen gleichmäßige Bandlücke aufweist.
176. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen und der mindestens eine dritte Bereich eine im Wesentlichen identische Bandlücke aufweisen.
177. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen im We sentlichen kein Quantenwellintermixing aufweist.
178. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der mindestens eine dritte Bereich im Wesentlichen kein Quantenwellintermixing aufweist.
179. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei in einem definierten Übergangsbereich von dem mindestens einen zweiten Bereich zu der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen ein Quantenwellintermixing abnimmt.
180. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Dotierstoff von dem ersten Dotierstoff unterscheidet. 181. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dotierstoff aus einer Gruppe gebildet ist, die wenigstens eines der folgenden Mate rialien umfasst: Mg, Zn, Cd.
182. Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend eine Auskoppelstruktur, insbesondere eine pho- tonische Struktur auf einer in Hauptabstrahlrichtung liegenden Seite .
183. m-LED-Anordnung mit einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände.
184. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur umfas- send,
- Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einer n-dotierten ersten Schicht, einer mit einem ersten Dotierstoff dotierten p- dotierten zweiten Schicht und einer dazwischen angeordneten ak tiven Schicht;
- Aufbringen einer Maske auf die p-dotierte zweite Schicht zur
Definition einer Vielzahl von ersten, optisch aktiven Bereichen in der aktiven Schicht, die von mindestens einem zweiten Bereich der aktiven Schicht umgeben ist und zur Definition mindestens eines dritten Bereiches, der in den Zwischenräumen zwischen der Vielzahl von ersten optisch aktiven Bereichen angeordnet ist;
- Erzeugen eines Quantenwellintermixing in dem mindestens einen zweiten Bereich der aktiven Schicht.
185. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach Gegenstand 184, wobei der Schritt des Erzeugens eines Quanten wellintermixing umfasst:
- Diffundieren eines zweiten Dotierstoffes in die p-dotierte zweite Schicht, in die aktive Schicht im mindestens einen zwei ten Bereich und zumindest teilweise in einen an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht; 186. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei durch das Aufbringen der Maske auf die p-dotierte zweite Schicht und durch das Diffundieren des ersten Dotierstoffes in die p-dotierte zweite Schicht, in die aktive Schicht im mindes tens einen zweiten Bereich und zumindest teilweise in einem an die aktive Schicht angrenzenden Bereich der n-dotierten Schicht ein Quantenwellintermixing lediglich im mindestens einen zwei ten Bereich stattfindet.
187. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände,
wobei die Maske durch eine Maske aus Dielektrikum (z.B. Si02,
Si3N4, ...) gebildet wird.
188. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Dotierstoff von dem ersten Dotierstoff unter scheidet .
189. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dotierstoff aus einer Gruppe gebildet ist, die we nigstens eines der folgenden Elemente umfasst: Mg, Zn, Cd.
190. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände oder eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände weiter umfassend:
Aufbringen einer photonischen Struktur, insbesondere einer pho- tonischen Struktur mit Merkmalen nach einem der vorherigen Ge genstände auf einer in Hauptabstrahlrichtung liegenden Seite der Halbleiterstruktur oder des optoelektronischen Bauelements. 191. Verfahren zum Herstellen von optoelektronischen Bauelemen ten aus einer Halbleiterstruktur nach einem der vorherigen Ge genstände, umfassend,
- Vereinzeln, insbesondere durch einen Ätzprozess der einzelnen optoelektronischen Bauelemente.
192. m-LED, bzw. optoelektronisches Bauelement, aufweisend ei nen Schichtenstapel, bei dem
sich entlang einer X-Y-Ebene erstreckende Schichten sich ent- lang einer zu der X-Y-Ebene senkrechten Z-Achse aneinander sta peln;
wobei eine Haupt-Bewegungsrichtung von Ladungsträgern, insbe sondere Elektronen, entlang der Z-Achse des Schichtenstapels verläuft ;
wobei ein Magnetisierungselement Magnetfeldlinien bereitstellt, mittels denen die sich bewegenden Ladungsträger von Randberei chen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels fernge halten werden.
193. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, insbesondere nach einem der Gegenstände 120a bis 191, wobei eine Haupt-
Bewegungsrichtung von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, entlang einer Z-Achse durch die m-LED verläuft;
und ein Magnetisierungselement Magnetfeldlinien bereitstellt, mittels denen die sich bewegenden Ladungsträger von Randberei- chen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels fernge halten werden.
194. m-LED nach Gegenstand 193, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungselement zumindest eines Teils entlang der Z- Achse des Schichtenstapels, die Magnetfeldlinien entlang der X- Y-Ebene verlaufend bereitstellt.
195. m-LED nach Gegenstand 193 oder 194, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungselement im Bereich einer aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewegungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht die Magnetfeldlinien auf einen Pol eines Magnetdipols, insbesondere Südpol, zulau- fend oder entlang der Z-Achse verlaufend bereitstellt.
196. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass
das Magnetisierungselement die Magnetfeldlinien in den Randbe- reichen der X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels be reitstellt, oder das das Magnetisierungselement auf wenigstens zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Schichtenstapels an geordnet ist. 197. m-LED nach einem der Gegenstände 194 bis 196, dadurch gekennzeichnet, dass
das Magnetisierungselement eine Anzahl von Stromleitungen an einer Mantelfläche des Schichtenstapels aufweist, wobei ein Stromfluss jeweils einer Stromleitung zum Stromfluss durch die m-LED, antiparallel bereitgestellt ist.
198. m-LED nach Gegenstand 197, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Stromleitungen entlang der Z-Achse verläuft, den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umläuft und insbeson- dere vier, sechs oder acht Stromleitungen ausgebildet sind.
199. m-LED nach Gegenstand 197 oder 198, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromleitungen streifenförmig erzeugt sind.
200. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass
das Magnetisierungselement mittels einer den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umlaufenden Anzahl von, insbesondere im Bereich der aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewe gungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht angeordneten, Dauermagnet-dipolen, geschaffen ist; und/oder dass
das Magnetisierungselement mittels einer den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umlaufenden Anzahl von, insbesondere im Bereich der aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewe gungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht angeordneten, Elektromagneten geschaffen ist, deren Stromfluss insbesondere mittels des Stromflusses durch das opto elektronische Bauelement bereitgestellt ist; und/oder dass das Magnetisierungselement als ein den Schichtenstapel entlang einer X-Y-Ebene umlaufendes magnetisches Material, insbesondere Mangan, im Bereich einer aktiven Schicht und/oder entgegen der Haupt-Bewegungsrichtung der Ladungsträger in einem Bereich vor der aktiven Schicht auf eine Mantelfläche des Schichtenstapels abgeschieden und mittels eines externen Magnetfeldes magneti siert wurde. 201. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass
der Schichtenstapel eine elektrisch isolierende und/oder pas sivierende Beschichtung aufweist. 202. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass
der Schichtenstapel an einem Träger eine erste Schicht aufweist, an der eine aktive Schicht erzeugt ist, an der eine zweite Schicht angebracht ist, wobei insbesondere ein erster Kontakt an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht und insbesondere ein zweiter Kontakt mittels des Trägers an der ersten Schicht ausgebildet ist.
203. m-LED nach Gegenstand 202, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht n-dotiert und die zweite Schicht p-dotiert ist und insbesondere der erste Kontakt als Anode und der zweite Kontakt als Kathode bereitgestellt ist. 204. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das
Magnetisierungselement dielektrische Eigenschaften aufweist, so dass im Schichtenstapel erzeugtes Licht vom Magnetisierungsele ment reflektiert wird. 205. Verfahren zur Reduzierung von nichtstrahlenden Rekombina tionen, insbesondere im Bereich einer aktiven Schicht einer m- LED, bei der sich entlang einer X-Y-Ebene erstreckende Schichten sich entlang einer zur X-Y-Ebene senkrechten Z-Achse aneinander stapeln;
wobei eine Haupt-Bewegungsrichtung von Ladungsträgern entlang der Z-Achse verläuft;
wobei mittels eines Magnetisierungselements ein Bereitstellen von Magnetfeldlinien ausgeführt wird, mittels denen die La dungsträger von Randbereichen von X-Y-Querschnittsflächen des Schichtenstapels ferngehalten werden.
206.Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände gekenn zeichnet durch
Ausbilden einer Anzahl von Stromleitungen an einer Mantelfläche des Schichtenstapels derart, dass ein Stromfluss jeweils einer Stromleitung zum Stromfluss durch das optoelektronische Bauele ment, antiparallel fließt.
207. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Ausbilden einer Anzahl von Dauermagnetdipolen an einer Mantel fläche des Schichtenstapels.
208. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände gekenn zeichnet durch Ausbilden einer Anzahl von Elektromagneten an einer Mantelflä che des Schichtenstapels .
209. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände gekenn- zeichnet durch
Ausbilden eines magnetischen Materials an einer Mantelfläche des Schichtenstapels .
210. Verfahren zur Herstellung mindestens eines optoelektroni- sehen Bauelement, insbesondere einer m-LED Anordnung, mit den folgenden Schritten
- Erstellen eines ersten Kontaktbereichs und eines zweiten Kon taktbereichs an einer Oberfläche eines Substrats 1, wobei ein lichtemittierender Körper vertikal erzeugt ist und dessen ers- ter Kontakt an den ersten Kontaktbereich angeschlossen wird;
- Erzeugen einer den lichtemittierenden Körper in einem Abstand umlaufender Reflektorstruktur
- Erstellen einer ersten Metallspiegelschicht und einer zweiten Metallspiegelschicht, wobei die erste Metallspiegelschicht eine an einem zweiten Kontakt des lichtemittierenden Körpers ange brachte Kontaktschicht mit dem zweiten Kontaktbereich elektrisch verbindet und die zweite Metallspiegelschicht an der umlaufenden Reflektor-Struktur ausgebildet wird. 211. Verfahren nach Gegenstand 210, weiter umfassend ein
Aufbringen einer Planarisierungsschicht zum Ausbilden der Re flektor-Struktur,
optionales Entfernen der Planarisierungsschicht über dem zwei ten Kontaktbereich, so dass dieser für die erste Metallspiegel- Schicht offen zugänglich verbleibt.
212. Verfahren nach Gegenstand 211, umfassend
ein Strukturieren der Planarisierungsschicht zum Ausbilden der Reflektor-Struktur, die den lichtemittierenden Körper mecha- nisch kontaktierend einfasst; Aufbringen der elektrisch verbindenden ersten Metallspiegel schicht zusätzlich an der Reflektor-Struktur insbesondere elektrisch leitend zu der zweiten Metallspiegelschicht. 213. Verfahren nach Gegenstand 212, bei der
die Einfassung den lichtemittierenden Körper mit einem Abstand, insbesondere größer als das fünffache der Kantenlänge des licht emittierenden Körpers umrahmt. 214. Verfahren nach Gegenstand 212, umfassend
Aufbringen der zweiten Metallspiegelschicht an der dem Substrat abgewandten Hauptoberfläche der Reflektor-Struktur.
215. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch
Anbringen der zweiten Metallspiegelschicht an Flanken der Re flektor-Struktur .
216. Verfahren nach Gegenstand 215, bei dem eine Lichtauskopp- lung durch einen Neigungswinkel der Flanken der Reflektor-Struk tur eingestellt wird.
217. Verfahren nach Gegenstand 216, umfassend ein
Erzeugen der Flanken der Reflektor-Struktur derart, dass der Umfang der Reflektor-Struktur mit zunehmenden Abstand vom Sub- strat zunimmt; oder
Erzeugen der Flanken der Reflektor-Struktur derart, dass der Umfang der Reflektor-Struktur mit zunehmenden Abstand vom Sub strat abnimmt. 218. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend
Anbringen einer schwarzen Schicht, insbesondere Vergussschicht, an das Substrat, zwischen Flanken von Reflektor-Strukturen, insbesondere bis zur Höhe der Flanken. 219. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
Aufbringen und optionales Strukturieren einer Beschichtung zur Versiegelung, Verkapselung und/oder optischen Auskopplung an das Substrat oder an die schwarze Schicht, insbesondere bis zu einer Höhe über der ersten Metallspiegelschicht.
220. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Schichten mitten mittels Fotolithographie strukturiert wer- den.
221. m-LED Anordnung mit mindestens einer m-LED, welches einen lichtemittierenden Körper aufweist, wobei
der lichtemittierende Körper vertikal erzeugt ist und ein erster Kontakt des lichtemittierenden Körpers an einer Seite eines Substrats mit einem ersten Kontaktbereich verbunden ist;
an derselben Seite des Substrats ein dem Substrat abgewandter zweiter Kontakt des lichtemittierenden Körpers an einen zweiten Kontaktbereich mittels einer transparenten Kontaktschicht und einer ersten Metallspiegelschicht, angeschlossen ist;
eine Reflektor-Struktur den lichtemittierenden Körper umgibt, wobei eine zweite Metallspiegelschicht, an der Reflektor-Struk tur angebracht ist. 222. m-LED Anordnung nach Gegenstand 221, wobei die Reflektor-
Struktur den lichtemittierenden Körper mechanisch kontaktierend entlang der X-Y-Ebene einfasst, und insbesondere die erste Me tallspiegelschicht zu der zweiten Metallspiegelschicht elektrisch leitend ist.
223. m-LED Anordnung nach Gegenstand 221 oder 222, gekennzeich net durch eine Einfassung, die den lichtemittierenden Körper mechanisch kontaktierend einfasst, und die Reflektor-Struktur die Einfassung mit einem Abstand, insbesondere zwischen dem 1 bis 10-fachen, insbesondere größer als dem fünffachem der Kan tenlänge des lichtemittierenden Körpers, umrahmt, wobei die erste Metallspiegelschicht und die Kontaktschicht zusätzlich an der Einfassung angebracht sind.
224 m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem jeweils drei lichtemittierenden Körper je ein Subpixel eines Pixels bilden. 225. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die transparente Kontaktschicht eine transparente De ckelektrode ist, welche sich über den lichtemittierenden Körper bis zu einer Oberseite der Reflektorstruktur erstreckt. 226. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend ein Konvertermaterial, dass zumindest teil weise über dem lichtemittierenden Körper angeordnet ist.
227. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend eine lichtformende Struktur, insbesondere eine
Mikrolinse oder eine photonische Struktur mit ersten und zweiten Bereiche unterschiedlichen Brechungsindex, wobei einer der ers ten und zweiten Bereiche sich zumindest teilweise in das Halb leitermaterial des lichtemittierenden Körpers erstreckt oder durch diesen gebildet wird oder durch das Konvertermaterial gebildet wird.
228. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem durch die umlaufende Reflektorstruktur eine Kavität gebil- det ist, in der der lichtemittierende Körper angeordnet ist und ein verbleibender Raum in der Kavität mit einem Konvertermate rial, insbesondere aus Quantendots gefüllt ist.
229. m-LED Display mit einer Vielzahl m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände oder die nach einem der genannten Verfahren hergestellt wurden und zu Pixeln zusammengefasst in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei eine Vielzahl von Pixeln jeweils von der Reflektorstruktur umgeben ist, deren Seitenwände abgeschrägt und mit einer Metallspiegelschicht ver- sehen ist.
230. Pixel mit einer m-LED-Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände mit drei vertikal ausgestalteten lichtemittierenden Körpern, die auf einem Trägersubstrat angeordnet von einer Re- flektorstruktur umgeben sind.
231. Pixel zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays, auf weisend :
- eine m-LED-Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände insbesondere nach einem der Gegenstände 221 bis 229,
wobei an der die Kontaktierungsschicht bildenden zweiten Kon taktschicht eine Leiterbahn vorgesehen ist, die elektrisch und flächig mit der Kontaktierungsschicht verbunden ist;
wobei die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahn größer ist als eine elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungsschicht.
232. Pixel zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays, auf weisend
- ein flächiges Trägersubstrat;
- wenigstens eine m-LED, die am Trägersubstrat angeordnet ist; wobei wenigstens eine m-LED ausgeführt ist, Licht quer zu einer Trägersubstratebene in eine Richtung weg vom Trägersubstrat auszusenden;
wobei die wenigstens eine m-LED an seiner vom Trägersubstrat weg gerichteten Oberseite einen elektrischen Kontakt aufweist; wobei das Pixel an der Oberseite der wenigstens einen m-LED eine zumindest teilweise elektrisch leitende flächige Kontaktie rungsschicht aufweist, die mit dem elektrischen Kontakt der wenigstens einen m-LED elektrisch verbunden ist; wobei die Kontaktierungsschicht für das von der wenigstens einen m-LED ausgesendete Licht zumindest teilweise transparent aus geführt ist;
wobei an der Kontaktierungsschicht eine Leiterbahn vorgesehen ist, die elektrisch und flächig mit der Kontaktierungsschicht verbunden ist;
wobei die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahn größer ist als eine elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungsschicht. 233. Pixel nach Gegenstand 231 oder 232, wobei die Leiterbahn zwischen zwei auf dem Trägersubstrat benachbart angeordneten m- LEDs außerhalb eines primären Abstrahlbereiches angeordnet ist.
234. Pixel nach Gegenstand 231 oder 232, wobei die Leiterbahn ausgestaltet ist, zur Strahlformung der wenigstens einen m-LED
Lichtanteile außerhalb des primären Abstrahlbereiches zu absor bieren und/oder zu reflektieren.
235. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Leiterbahn an Ihrer zum Trägersubstrat gerichteten Seite eine lichtabsorbierende Schicht aufweist.
236. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei sich die Leiterbahn flächig über eine Vielzahl von m-LEDs erstreckt und an der Leiterbahn im Bereich der jeweiligen primären Ab strahlbereiche der m-LEDs Aussparungen zum Durchleiten des von den jeweiligen m-LEDs emittierten Lichts vorgesehen sind.
237. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Leiterbahn auf einer vom Trägersubstrat weg gerichteten Seite der Kontaktierungsschicht aufgebracht ist.
238. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Leiterbahn auf einer zum Trägersubstrat hingerichteten Seite der Kontaktierungsschicht aufgebracht ist. 239. Pixel nach Gegenstand 238, wobei die Leiterbahn auf das Trägersubstrat aufgebracht ist.
240. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die wenigstens eine m-LED in einer Kavität des Trägersubstrates angeordnet ist und die Leiterbahn außerhalb der Kavität ange ordnet ist.
241. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem in der Kavität ein Konvertermaterial angeordnet ist.
242. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei am Pi xelelement ein Verbindungselement zur elektrischen Verbindung der Kontaktierungsschicht mit einem Anschlusselement des Trä gersubstrats vorgesehen ist.
243. Verfahren zum Herstellen von Pixelelementen zum Erzeugen eines Displays, umfassend
- Bereitstellen ein flächiges Trägersubstrat und Erzeugen einer Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen, insbesondere m- LEDs auf dem Trägersubstrat mit jeweils einem vom Trägersubstrat weg gerichteten Oberseite elektrischen Kontakt;
- Aufbringen einer zumindest teilweise elektrisch leitenden flächigen Kontaktierungsschicht, die mit den elektrischen Kon takten der Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen elektrisch verbunden ist;
wobei die Kontaktierungsschicht für das von der Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen ausgesendete Licht zumindest teilweise transparent ausgeführt ist;
- Vorsehen einer Leiterbahn an der Kontaktierungsschicht, die elektrisch und flächig mit der Kontaktierungsschicht verbunden ist ;
wobei die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahn größer ist als eine elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungsschicht. 244. m-LED Anordnung mit einem Substrat und wenigstens einem an einer Seite des Substrats fixierten m-LED-Rohchip,
- der an einer dem Substrat abgewandten Seite einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, der mittels einer Verspiegelung an einen elektrischen Steuerungskontakt auf der Oberfläche des Substrats elektrisch angeschlossen ist, und
- wobei die Verspiegelung die den wenigstens einen Rohchip zu gewandte Substratoberfläche zumindest teilweise bedeckt. 245. m-LED Anordnung nach Gegenstand 244, weiter umfassend eine transparente Deckelektrode die sich über dem elektrischen Kontakt erstreckt und diesen mit der Verspiegelung verbindet, wobei die Verspiegelung zumindest teilweise unterhalb der De ckelektrode von dieser beabstandet angeordnet ist.
246. m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 244 und 245, bei der der Steuerungskontakt nicht unterhalb der Deckelektrode angeordnet ist, und die Verspiegelung zumindest eine einem Be reich nicht unterhalb der Deckelektrode verläuft.
247. Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Verspiegelung einen Metallspiegel aufweist, insbesondere umfassend wenigstens eines der folgenden Metalle aufweist: Al, Ag, AgPdCu, Nd, Nb, La, Au, Cu, Pd, Pt, Mg, Mo, Cr, Ni, Os, Sn, Zn und Kombinationen der vorstehenden.
248. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
die Deckelektrode eine elektrisch leitfähige Oxidschicht, ins- besondere ein Material aus IGZO, Metalloxide, Zinkoxid, Zinno xid, Cadmiumoxid, Indium dotiertes Zinnoxid (ITO), Aluminium dotiertes (AZO) , ZnSnÜ , CdSnÜ3, ZnSnÜ3, InSnÜi oder Mischun gen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide aufweist. 249. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Substrat eine den wenigstens einen m-LED-Rohchip zu mindest teilweise umlaufende Umrandung aufweist, auf deren Ober seite die Verspiegelung angeordnet ist, die dort mit der De- ckelektrodenfläche elektrisch in Verbindung steht.
250. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der das Substrat eine Kavität aufweist, in der der wenigstens eine m-LED-Rohchip angeordnet ist, wobei die Kavität eine tiefe aufweist, die im Wesentlichen eine Höhe des wenigstens einen Rohchip entspricht .
251 m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem um den m-LED-Rohchip herum eine, isolierende planare Iso- lationsschicht vorgesehen ist, deren Höhe im Wesentlichen klei ner oder gleich einer Höhe des m-LED-Rohchips ist.
252. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die isolierende planare Isolationsschicht, zumindest teil- weise zwischen der Deckelektrodenschicht und der Verspiege lungsschicht, insbesondere oberhalb des Substrats zwischen m- LED Rohchip und umlaufender Umrandung verläuft .
253. m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 239 bis 252, bei dem Verspiegelung zumindest teilweise auf einer dem m-LED-
Rohchip zugewandten Seitenfläche der Umrandung verläuft, und die Seitenfläche insbesondere in einem abgeschrägten Winkel zur Oberfläche des Substrates verläuft. 254. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der direkte elektrische Kontakt der Deckelektrode mit der Verspiegelung mittels einer Durchkontaktierung oder eines Via des Verspiegelungsmaterials durch die Isolationsschicht hin durch geschaffen ist. 255. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Isolationsschicht beabstandet von dem m-LED-Rohchip in zumindest einem Bereich abgeschrägt ist und die Deckelektrode dort sich in Richtung der Verspiegelung erstreckt.
256. m-LED Anordnung nach Gegenstand 255, bei dem die Flanken des abgeschrägten Bereichs einen flachen Steigungswinkel auf weisen . 257. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der m-LED-Rohchip einen zweiten elektrischen Kontakt auf weist, der direkt mit einem Kontakt auf einer Oberfläche des Substrats verbunden ist. 258. Pixel mit einer m-LED Anordnung nach einem der vorherigen
Gegenstände, bei dem jeweils ein rotes, ein grünes und ein blaues Licht bereitstellende m-LED-Rohchip auf dem Substrat fi xiert ist, deren ersten elektrischen Kontakte über eine trans parente leitende Deckelektrode mit der leitenden Verspiege- lungsschicht verbunden ist.
259. Pixel nach Gegenstand 258, bei dem die m-LED-Rohchips von einer gemeinsamen Umrandung umgeben oder in einer gemeinsamen Kavität angeordnet sind.
260. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Be reiche auf dem Substrat zwischen den m-LED-Rohchips mit einer reflektierenden Schicht, insbesondere der Verspiegelungsschicht zumindest teilweise bedeckt sind.
261. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LED-Rohchips in ein transparentes und nichtleitendes Material eingebettet sind. 262. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Substrat Zuleitungen aufweist, die ausgestaltet sind, jedes der m-LED Rohchip individuell und einzeln anzusteuern. 263. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das
Substrat TFT-Strukturen und elektrische Zuleitungen für eine individuelle Stromversorgung eines jeden m-LED-Rohchips auf weist . 264. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfas send eine lichtformende strukturierte Schicht auf oder in der transparenten Deckelektrode, die ein linsenförmiges Elemente, einen photonischen Kristall oder eine Quasikristallstruktur aufweist und ausgeführt ist, Licht, welches parallel zu einer Oberfläche des Substrat abstrahlt, zu unterdrücken oder redu zieren .
265. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die transparente Deckelektrode strukturiert ist, um insbesondere Licht zu kollimieren und gerichtet von der Substratoberfläche weg abzustrahlen, oder Licht auszukoppeln.
266. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem zu mindest über einem der m-LED-Rohchips und/oder um diesen herum ein Konvertermaterial zur Lichtkonvertierung angeordnet ist, wobei das Konvertermaterial insbesondere durch eine isolierende Schicht von der transparenten Deckelektrode elektrisch isoliert sein kann. 267. m-Displaymodul mit einer Vielzahl von Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, die in Reihen und Spalten einzeln an steuerbar angeordnet sind. 268. m-Displaymodul nach Gegenstand 267, bei dem Pixel, welche in einer Reihe angeordnet sind, eine gemeinsame Deckelschicht und einen gemeinsamen elektrischen Steuerungskontakt aufweisen. 269. m-Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-Pixel durch eine auf dem Substrat angeordnete Erhebung voneinander getrennt sind.
270. m-Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Substrat eine Vielzahl von miteinander getrennten Ka vitäten aufweist, wobei jeweils eines der Vielzahl von m-Pixel in einer der Kavitäten angeordnet ist.
271. m-Displaymodul nach dem vorherigen Gegenstand, bei dem zumindest in einigen Kavitäten ein Konvertermaterial zur Licht konvertierung, insbesondere mit Quantendots eingebracht ist.
272a. m-Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem
Seitenwände der Erhebung oder die Seitenwände zwischen den Ka vitäten eine reflektierende Schicht, insbesondere die Verspie gelungsschicht aufweisen.
272b. m-Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Substrat leitende Strukturen, insbesondere nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände aufweist, die ausgeführt sind, die m-Pixel einzeln zu adressieren und anzu steuern . 273a. Verfahren zur Herstellung eines m-Pixels, umfassend die
Schritte :
- Bereitstellen eines Substrats mit einer Anzahl von Kontakten auf der Oberfläche; - Befestigen zumindest eines m-LED-Rohchips an einem der Kon takte, wobei der m-LED-Rohchip einen weiteren Kontakt auf seiner der Substratoberfläche abgewandten Seite aufweist;
- Bereitstellen einer Verspiegelungsschicht auf der Substrat- Oberfläche, die elektrisch mit einem elektrischen Steuerungs kontakt auf der Oberfläche des Substrats in Verbindung steht und die Oberfläche wenigstens teilweise bedeckt;
Ausbilden einer transparenten Deckelektrode auf dem weiteren Kontakt, welche die Verspiegelungsschicht elektrisch kontak- tiert.
273b. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Substrat eine Erhebung aufweist, welches den zumindest einen m-LED-Rohchips zumindest teilweise umgibt.
273c. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Verspiegelungsschicht zumindest teilweise auf, insbesondere den m-LED-Rohchips zugewandten Seitenwänden der Erhebung oder der Kavität aufgebracht wird.
273d. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
- Aufbringen einer transparenten isolierenden Schicht auf der Substratoberfläche und umgebend den zumindest einen m-LED-Roh- Chips; wobei die Deckelektrode auf der transparenten isolieren den Schicht aufgebracht wird.
273e. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte:
- Ausbilden eines überlappenden Kontakts der Deckelektrodenflä che und einer Verspiegelungsfläche im Bereich der Erhebung oder an dem des zumindest einen m-LED-Rohchips abgewandten Ende der Kavität; oder
- Ausbilden einer Durchkontaktierung durch transparenten iso- lierenden Schicht, und Auffüllen der Durchkontaktierung, so dass die Deckelektrode hierüber die Verspiegelungsschicht kontak tiert; oder
- Aufbringen einer leitenden Verbindung auf abgeschrägten Sei ten der transparenten isolierenden Schicht, welche die trans- parente Deckelektrode mit der Verspiegelungsschicht kontak tiert .
273f. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
- Verspiegeln eines Teils der Substratoberfläche zwischen den m-LED-Rohchips , insbesondere Aufbringen der Verspiegelungs schicht Substratoberfläche zwischen den m-LED-Rohchips .
273g. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
Ausbilden einer strukturierten Schicht auf der transparenten Deckelektrode, die eine photonische Kristall oder Quasikris tallstruktur aufweisen und ausgeführt sind, Licht, welches pa rallel zu einer Oberfläche des Substrat abstrahlt, zu unterdrü- cken oder reduzieren.
273h. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
Strukturieren der transparenten Deckelektrode, um insbesondere Licht zu kollimieren und gerichtet von der Substratoberfläche weg abzustrahlen, oder Licht auszukoppeln.
273i. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
Aufbringen eines Konvertermaterial zur Lichtkonvertierung über zumindest einem der m-LED-Rohchips , wobei das Konvertermaterial insbesondere durch eine isolierende Schicht von der transparen ten Deckelektrode elektrisch isoliert wird.
274. m-LED Anordnung, umfassend:
ein Trägersubstrat; eine mit dem Trägersubstrat wenigstens mittelbar verbundene und von diesem aus in eine Längsrichtung weisende Säule, insbeson dere einer Nanosäule mit einer Halbleiterabfolge, die mindes tens eine aktive Schicht aufweist,
wobei die aktive Schicht für die Emission elektromagnetischer Strahlung ausgebildet und so angelegt ist, dass wenigstens ein Teil der Strahlungsemission quer zur Längsrichtung erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Trägersubstrat lateral zur Säule eine Reflektorvorrich- tung angeordnet ist, die die Strahlungsemission quer zur Längs richtung wenigstens teilweise in eine parallel zur Längsrich tung verlaufende Hauptabstrahlrichtung umlenkt.
275. m-LED Anordnung nach Gegenstand 274, dadurch gekennzeich- net, dass die Reflektorvorrichtung ein erstes reflektives op tisches Element und ein zweites reflektives optisches Element umfasst, die auf unterschiedlichen Seiten der Säule angeordnet sind . 276. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorvorrichtung zwischen zwei Säulen angeordnet ist.
277. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorvorrichtung eine
Formschicht umfasst, die monolithisch mit einer Schicht der Halbleiterabfolge der Säule ausgebildet ist.
278. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorvorrichtung eine me tallische Reflexionsschicht und/oder einen Braggspiegel um fasst . 279. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorvorrichtung eine Fresnel-Linsenanordnung umfasst. 280. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Säule und der Reflektorvorrichtung ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet ist. 281. m-LED Anordnung nach Gegenstand 280, dadurch gekennzeich net, dass ein einer ersten Säule zugeordnetes erstes Wellenlän genkonversionselement zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung angelegt ist, die sich spektral von der Abstrahlung eines einer zweiten Säule zugeordneten zweiten Wellenlängenkon- Versionselements unterscheidet.
282. m-LED Anordnung nach Gegenstand 280 oder 281, bei dem das Wellenlängenkonversionselement ein Konvertermaterial, insbeson dere einen anorganischen Farbstoff oder Quantendots aufweist.
283. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorvorrichtung ein zwi schen benachbart angeordneten Säulen angeordnetes optisches Trennelement umfasst.
284. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Reflektoranordnung in Draufsicht als eine vierseitige Pyramide ausgebildet ist und deren Seitenfläche jeweils einer Säule zugewandt ist.
285. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die m-LED Anordnung eine Vielzahl von Säulen und eine Vielzahl von auf dem Trägersubstrat neben den Säulen angeordnete Reflektorvorrichtungen umfasst, wobei die Säulen und die Reflektorvorrichtungen eine Matrixanordnung bilden .
286. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend eine lichtformende Struktur, insbesondere eine Mikrolinse oder eine photonische Struktur, die sich über die Säule zur Reflektorstruktur, insbesondere zur Reflektorstruktur auf jeder Seite hin erstreckt. 287. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem sich die lichtformende Struktur zumindest teilweise in die Säule und/oder die Reflektorstruktur hineinragt.
288. Verfahren zur Herstellung einer m-LED Anordnung mit den Schritten:
Anlegen wenigstens einer Säule, insbesondere einer Nanosäule mit einer wenigstens mittelbaren Verbindung zu einem Trägersub strat, wobei die Nanosäule eine Halbleiterabfolge mit mindes tens einer für die Emission elektromagnetischen Strahlung aus- gebildeten aktiven Schicht aufweist; und
wobei die aktive Schicht so angelegt wird, dass wenigstens ein Teil der Strahlungsemission quer zur Längsrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Trägersubstrat lateral zur Nanosäule eine Reflektorvor- richtung angeordnet wird, die die Strahlungsemission quer zur Längsrichtung wenigstens teilweise in eine parallel zur Längs richtung verlaufende Hauptabstrahlrichtung umlenkt.
289. Verfahren nach Gegenstand 288, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Formschicht der Reflektorvorrichtung und/oder eine Schicht der Halbleiterabfolge der Säule fotolithografisch strukturiert werden.
290. Verfahren nach Gegenstand 289, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Formschicht der Reflektorvorrichtung durch ein anisotropes Ätzverfahren strukturiert wird und zwischen der Formschicht und der Säule eine Ätzstoppschicht verwendet wird.
291. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formschicht der Reflektorvorrichtung und/oder eine Schicht der Halbleiterabfolge der Säule epitak tisch aufgewachsen wird.
292. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reflektorfläche der Re flektorvorrichtung durch ein Nanostempelverfahren ausgeformt wird .
293. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend ein Einbringen eines Konvertermaterials in einen Raum zwischen der Reflektorstruktur und der Säule, wobei das Konver termaterial insbesondere einen anorganischen Farbstoff und/oder Quantendots aufweist. 294. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend ein Äbscheiden und anschließendes Strukturieren einer Schicht über der Säule und der Reflektorstruktur zur Erzeugung einer lichtformenden Struktur. 295. Verfahren nach dem vorherigen Gegenstand, bei dem Mikro linsen über der Säule und der Reflektorstruktur gebildet werden.
296. m-Displays mit einer Vielzahl von m-LED Anordnungen nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei Säulen der Vielzahl von m-LED Anordnungen in Reihen und Spalten angeordnet sind.
297. Optoelektronische Vorrichtung, insbesondere Displayvor richtung oder Scheinwerfer, aufweisend:
- wenigstens eine Lichtquelle mit einer Halbleiterschichten- folge, die eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht aufweist, wobei an einer Oberseite der Lichtquelle eine Lichtaustritts fläche für das erzeugte Licht ausgebildet ist,
wobei die Lichtquelle neben der Oberseite wenigstens eine wei tere Grenzfläche aufweist, die die Lichtquelle zur Seite und/o- der nach unten begrenzt,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, das erzeugte Licht zu reflektieren. 298. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 297, dadurch gekennzeichnet, dass
die Grenzfläche eine in Umfangsrichtung um die Lichtquelle um laufende Seitenfläche und eine Unterseite aufweist, wobei die Unterseite der Oberseite gegenüberliegt.
299. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 298, dadurch gekennzeichnet, dass
der dielektrische Reflektor ausschließlich an der Seitenfläche oder ausschließlich an der Unterseite angeordnet ist, oder dass der dielektrische Reflektor sowohl an der Seitenfläche als auch an der Unterseite angeordnet ist.
300. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
mit Ausnahme der Oberseite der dielektrische Reflektor über die gesamte, die Lichtquelle eingrenzende Grenzfläche angeordnet ist .
301. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Re flektor an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Licht quelle ausgebildet ist.
302. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Reflektor eine, insbesondere periodische oder nicht-periodische, Abfolge von zwei alternierenden Material schichten aufweist, die unterschiedliche Brechungsindizes auf weisen .
303. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der dielektrische Reflektor mit wenigstens einer kontaktierenden leitenden Schicht ausgeführt ist, welche einen Kontakt der Lichtquelle elektrisch derart anschließt, so- dass eine Stromrichtung innerhalb der Halbleiterschichtenfolge einer Stromrichtung durch die leitende Schicht entgegengesetzt ist .
304. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 301, bei dem die leitende Schicht im Wesentlichen parallel entlang einer
Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge verläuft.
305. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände 302 bis 304, bei dem die kontaktierende leitende Schicht des dielektrischen Reflektors auf zwei gegenüberliegen den Seitenflächen ausgebildet ist und auf den beiden anderen Seitenflächen ein dielektrischer Reflektor ohne eine derartige kontaktierende leitende Schicht ausgebildet ist. 306. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der Materialschichten an eine Wellenlänge des emit tierten Lichts derart angepasst ist, dass der dielektrische Reflektor Licht der Wellenlänge reflektiert.
307. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
der dielektrische Reflektor als Braggspiegel ausgebildet ist. 308. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
- ein Konvertermaterial auf der Lichtaustrittsfläche, wobei das Konvertermaterial einen anorganischen Farbstoff oder Quan- tendots aufweist.
309. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
- eine lichtformende Struktur auf der Lichtaustrittsfläche, insbesondere eine photonische Struktur oder eine Mikrolinse.
310. Optoelektronische Vorrichtung nach dem vorherigen Gegen stand, bei dem die lichtformende Struktur wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
- die lichtformende Struktur umfasst periodische Bereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex;
- die lichtformende Struktur umfasst erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex; wobei Konvertermaterial die ersten Bereiche bildet;
- die lichtformende Struktur ist zumindest zum Teil in der
Halbleiterschichtenfolge gebildet .
311. m-Displayanordnung oder monolithisches Array oder Schein werferanordnung, mit einer Vielzahl von optoelektronischen Vor- richtungen nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die
Lichtquellen der optoelektronischen Vorrichtungen arrayartig angeordnet sind.
312. m-Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtquellen der optoelektronischen Vorrichtungen in einen Träger eingebettet sind, insbesondere derart, dass nur die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen freie, außenliegende Oberflächen darstellen, während die übrigen Grenzflächen der Lichtquellen von Material des Trägers umgeben sind. 313. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vor richtung, insbesondere Displayvorrichtung oder Scheinwerfer, bei dem:
eine, auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Lichtquelle bereitgestellt wird, wobei die Lichtquelle eine ak tive Zone zur Erzeugung von Licht und an einer Oberseite eine Lichtaustrittsfläche für das erzeugte Licht aufweist, und an einer, vorzugsweise nicht die Oberseite umfassenden, Grenz fläche der Lichtquelle ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausgebildet ist, das erzeugte Licht zu reflek tieren, wobei die Grenzfläche die Lichtquelle zur Seite und/oder nach unten begrenzt.
314. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Ein- richtung, insbesondere einer Displayanordnung oder einer
Scheinwerferanordnung, wobei bei dem Verfahren die Lichtquellen von einer Vielzahl von optoelektronischen Vorrichtungen nach einem der vorherigen Gegenstände arrayartig angeordnet und der art in einen Träger eingebettet werden, dass nur die Oberseiten mit Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen freie, außenliegende Oberflächen darstellen und ansonsten Material des Trägers die Grenzflächen der Lichtquellen umgibt.
315. Verfahren zur Herstellung eines m-Displays, eines monoli- thischen Arrays oder eine Scheinwerferanordnung, insbesondere mit einer Vielzahl von optoelektronischen Vorrichtungen nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei bei dem Verfahren auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Licht quellen arrayartig auf einem Träger derart ausgebildet werden, dass jede Lichtquelle eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht und an der Oberseite eine freie, außenliegende Oberseite als Lichtaustrittsfläche für das Licht aufweist,
wobei für jede Lichtquelle an wenigstens einer, die Lichtquelle gegenüber einem Material des Trägers zur Seite und/oder nach unten begrenzenden, Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausgebildet ist, das in der Licht quelle erzeugte Licht zu reflektieren.
316. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anordnen des dielektrischen Reflektors umfasst, dass Mate rial für den dielektrischen Reflektor mittels Atomlagenabschei dung aufgetragen wird. 317. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anordnen des dielektrischen Reflektors umfasst, dass das Material für wenigstens eine Schicht des dielektrischen Reflek tors mittels eines ersten Verfahrens und das Material für die anderen Schichten mittels eines zweiten Verfahrens angeordnet wird, wobei es sich bevorzugt bei dem ersten Verfahren um ein Gasphasenabscheidungsverfahren handelt, und wobei es sich be vorzugt bei dem zweiten Verfahren um Atomlagenabscheidung han delt .
318. Verfahren zur Herstellung eines m-Displays, insbesondere mit einer Vielzahl von optoelektronischen Vorrichtungen nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei bei dem Verfahren auf Halbleitermaterialien basierende, optoelektronische Licht- quellen arrayartig auf einem Träger derart angeordnet werden, dass jede Lichtquelle eine aktive Zone zur Erzeugung von Licht und an der Oberseite eine freie, außenliegende Oberseite als Lichtaustrittsfläche für das Licht aufweist,
wobei die Lichtquellen derart angeordnet werden, dass zwischen benachbarten Lichtquellen an der Oberseite ein zumindest ge ringfügiger Spalt mit einem dahinterliegenden Zwischenraum vor handen ist,
wobei für jede Lichtquelle an wenigstens einer, die Lichtquelle gegenüber einem Material des Trägers zur Seite und/oder nach unten begrenzenden, Grenzfläche ein dielektrischer Reflektor angeordnet wird, der dazu ausgebildet ist, das in der Licht quelle erzeugte Licht zu reflektieren, und
wobei die dielektrischen Reflektoren der Lichtquellen dadurch ausgebildet werden, dass, insbesondere mittels Atomlagenab- Scheidung, Material für die dielektrischen Reflektoren von der Oberseite her in den jeweiligen Spalt zwischen benachbarten Lichtquellen eingebracht wird und die dielektrischen Reflek toren in dem jeweiligen, sich hinter einem Spalt befindenden Zwischenraum ausgebildet werden.
319. Verfahren nach Gegenstand 318, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen abgedeckt werden, insbesondere mit einer Fotomaske, während die dielektri schen Reflektoren in den Zwischenräumen ausgebildet werden.
320. m-LED Anordnung oder optoelektronisches Bauelement, auf weisend :
- mindestens ein Halbleiterelement, insbesondere eine m-LED mit einer aktiven Zone, die zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, - einen dielektrischen Filter, der oberhalb einer ersten Haupt oberfläche des mindestens einen Halbleiterelements angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass er nur Licht in vorgebe- benen Richtungen transmittiert , und
- ein reflektierendes Material, das an mindestens einer Seiten- fläche des mindestens einen Halbleiterelements und an mindes tens einer Seitenfläche des dielektrischen Filters angeordnet ist .
321. m-LED Anordnung nach Gegenstand 320, wobei mindestens eine Seitenfläche des mindestens einen Halbleiterelements in der Höhe der aktiven Zone schräg verläuft.
322. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das mindestens eine Halbleiterelement einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, und
das reflektierende Material elektrisch leitend ist und an den ersten Anschluss des mindestens einen Halbleiterelements gekop pelt ist.
323. m-LED Anordnung nach dem vorherigen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierendes Material lediglich an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Lichtquelle leitend ausgebildet ist, derart, dass es den ersten Anschluss zur Strom versorgung kontaktiert.
324. m-LED Anordnung nach dem vorherigen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende Material an den beiden anderen Seiten nichtleitend ausgebildet ist, derart, dass es von dem Anschluss zur Stromversorgung isoliert ist.
325. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der dielektrische Filter zumindest teilweise in einer der Abstrahlrichtung benachbarten Schicht des Halbleiterelements ausgebildet ist.
326. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der dielektrische Filter erste und zweite Bereiche mit un terschiedlichem Brechungsindex aufweist; wobei Konvertermate rial die ersten Bereiche bildet.
327. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
- das mindestens eine Halbleiterelement eine zweite Hauptober fläche aufweist, die der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegt, und
- eine reflektierende Schicht unterhalb der zweiten Hauptober fläche des mindestens einen Halbleiterelements angeordnet ist. 328. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die reflektierende Schicht zumindest teilweise elektrisch leitend ist und an den zweiten Anschluss des mindestens einen Halbleiterelements gekoppelt ist.
329. m-LED Anordnung nach Gegenstand 323, wobei die reflektie rende Schicht elektrisch isolierend ist und eine oder mehrere elektrisch leitende Schichten oberhalb und/oder unterhalb der reflektierenden Schicht angeordnet sind.
330. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei ein elektrisch isolierendes erstes Material zwischen dem reflektierenden Material und der reflektierenden Schicht ange ordnet ist, wobei das elektrisch isolierende erste Material insbesondere einen niedrigeren Brechungsindex als das mindes tens eine Halbleiterelement aufweist.
331. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei zwischen dem mindestens einen Halbleiterelement und dem dielektrischen Filter eine Schicht mit einer aufgerauten Ober fläche angeordnet ist.
332. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
- ein Konvertermaterial auf der Lichtaustrittsfläche, wobei das
Konvertermaterial einen anorganischen Farbstoff oder Quan- tendots aufweist; oder
- ein Konvertermaterial zwischen dem dielektrischen Filter und der m-LED, wobei das Konvertermaterial einen anorganischen Farb- stoff oder Quantendots .
333. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die erste Hauptoberfläche des mindestens einen Halblei terelements eine aufgeraute Oberfläche aufweist. 334. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das mindestens eine Halbleiterelement eine laterale Aus dehnung von höchstens 50 gm und/oder eine Höhe von höchstens 2 gm aufweist.
335. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das mindestens eine Halbleiterelement mehrere Halblei terelemente umfasst, die in einem Array angeordnet sind, wobei benachbarte Halbleiterelemente durch das reflektierende Mate- rial voneinander getrennt sind.
336. m-LED Anordnung nach Gegenstand 330, wobei das reflektie rende Material elektrisch leitend ist und die ersten Anschlüsse der Halbleiterelemente über das reflektierende Material mit ei- nem gemeinsamen externen Anschluss verbunden sind.
337. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das mindestens eine Halbleiterelement mehrere Halblei terelemente umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen benachbarten Halbleiterelementen ein elektrisch iso lierendes zweites Material angeordnet ist.
338. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das reflektierende Material elektrisch leitend ist und sich Leiterbahn en oberhalb und/oder unterhalb und/oder inner halb des elektrisch isolierenden zweiten Materials erstrecken, welche die ersten Anschlüsse der Halbleiterelemente mit einem gemeinsamen externen Anschluss verbinden. 339. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die zweiten Anschlüsse der Halbleiterelemente einzeln an steuerbar sind. 340. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend eine Mikrolinse oberhalb des die lektrischen Filters angeordnet. 341. Verfahren zur Herstellung einer m-LED Anordnung oder eines optoelektronisches Bauelements, umfassend
- Bereitstellen mindestens eines Halbleiterelement, insbeson dere einer m-LED nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände mit einer aktiven Zone, die zur Erzeugung von Licht ausgebildet ist, bereitgestellt wird,
- Anordnen eines dielektrischen Filters oberhalb einer ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterelements, wobei der dielektrische Filter derart ausgebildet ist, dass er nur Licht in vorgebebenen Richtungen transmittiert , und
Anordnen eines reflektierenden Materials an mindestens einer Seitenfläche des mindestens einen Halbleiterelements und an mindestens einer Seitenfläche des dielektrischen Filters ange ordnet wird.
342. Pixel mit mehreren m-LEDs zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays, bei dem
das Pixel aus mindestens zwei Subpixeln, insbesondere zwei Sub- pixeln gleicher Farbemission gebildet ist und insbesondere je des Subpixel durch eine m-LED geformt ist;
wobei zwischen zwei benachbarten Subpixeln desselben Pixelele- mentes ein Subpixeltrennelement vorgesehen ist; und
wobei das Subpixeltrennelement in Bezug auf eine elektrische Ansteuerung der jeweiligen Subpixel trennend ausgeführt ist so wie in Bezug auf das jeweils von den Subpixeln emittierte Licht optisch koppelnd ausgeführt ist.
343. Pixel nach Gegenstand 342, wobei die Subpixel eine gemein same Epitaxieschicht aufweisen und sich das Subpixeltrennele ment grabenartig in die Epitaxieschicht quer zu einer Epitaxi eschichtebene in eine Hauptemissionsrichtung erstreckt. 344. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Subpixel des Pixels unabhängig voneinander elektrisch kontak tierbar und/oder ansteuerbar sind. 345. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die mindestens zwei Subpixeln eine durch das Subpixeltrennelement getrennte gemeinsame aktive Schicht aufweisen.
346. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem sich das Subpixeltrennelements bis zu einer aktiven Schicht des Pi xels oder zumindest teilweise durch dieses hindurch erstreckt.
347 Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Subpixeltrennelement durch ein durch einen eindiffundierten Do- tierstoff erzeugtes Quantenwellintermixing, insbesondere im Be reich der aktiven Schicht gebildet ist.
348. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine lichtformende Struktur mit ersten und zweiten Bereichen gebil- det ist, wobei die Bereiche sich zumindest zum Teil in ein Halbleitermaterial des Pixels erstrecken.
349 Pixel nach Gegenstand 348, bei sich die lichtformende Struk tur bis in einen Teilbereich der aktiven Schicht erstreckt.
350. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die lichtformende Struktur in zweiten Bereichen ein Konvertermate rial aufweist. 351. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände mit einer lichtformenden oder photonischen Struktur mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden oder vorherigen Gegenstände. 352. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfas send eine Mikrolinse, die sich über die Oberfläche eines Pixels erstreckt . 353. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine transparente leitfähige Schicht auf einer Oberfläche ausgebil det ist.
354. Pixel nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei auf einer der Lichtaustrittsseite gegenüberliegenden Seite mindes tens eine Kontaktfläche zur Kontaktierung mindestens eines Sub pixels vorgesehen ist.
355. Display mit einer Vielzahl von Pixel nach einem der vor- herigen Gegenstände;
wobei zwischen zwei benachbarten Pixel eine Pixelelementtrenn schicht vorgesehen ist, die ausgeführt ist, die benachbarten Pixel in Bezug auf die Ansteuerung der jeweiligen Pixel elektrisch zu trennen sowie in Bezug auf das von den Pixeln emittierte Licht optisch zu trennen.
356. Display nach Gegenstand 355, wobei die Pixel und die zu gehörigen Subpixel eine gemeinsame Epitaxieschicht aufweisen und sich die Pixelelementtrennschicht grabenartig in die Epit- axieschicht quer zur Epitaxieschichtebene in die Hauptemissi onsrichtung erstreckt.
357. Display nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Grabentiefe dl der Pixelelementtrennschicht größer ist als eine Grabentiefe des Subpixeltrennelements.
358. Display nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem benachbarte Pixel oder Subpixel eine durch eine Pixelelementt rennschicht und/oder ein Subpixeltrennelement getrennte aktive Schicht umfassen. 359. Display nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter um fassend eine Trägerschicht mit Kontaktbereichen, welche mit Kontaktbereichen der Pixel korrespondieren, wobei in der Trä gerschicht zumindest eines der folgenden Elemente vorgesehen sind:
- elektrisch leitende Leitungen zu einer Stromversorgung des Pixels ,
- Stromtreiberschaltungen oder Versorgungsschaltungen, insbe sondere nach einem der Gegenstände 836 bis 930;
- Steuerschaltung zur Einstellung einer Helligkeit;
- eine oder mehrere Schmelzsicherungen, die mit wenigsten einem Subpixel eines Pixels elektrisch leitend verbunden ist.
360. Verfahren zur Kalibrierung eines Pixels, aufweisend die Schritte:
- Ansteuern eines Subpixels eines Pixels nach einem der Gegen stände 836 bis 930 eine Steuereinheit;
- Erfassen einer Defektinformation eines Subpixels;
- Speichern der Defektinformation in einer Speichereinheit der Steuereinheit.
361. Verfahren nach Gegenstand 360, wobei das Ansteuern, Erfas sen und Speichern für alle einzelnen Subpixel eines Pixels se quenziell durchgeführt wird.
362. Array mit wenigstens zwei m-LEDs, wobei eine jeweilige m- LED zwischen einer n-dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht eine für die Lichtemission geeignete aktive Zone aus bildet, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zwei benachbarten ausgebildeten m-LEDs Material der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her bis zu oder in Mantelschichten oder bis zu der oder zumindest teilweise in die aktive Zone derart unterbrochen oder entfernt ist, dass Materialübergänge mit einer maximalen Dicke dc ausgebildet sind, wodurch elektrische und/oder optische Leit fähigkeiten in dem Materialübergang verringert sind.
363. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Materialübergang die ak tive Zone und wenigstens auf einer Seite der aktiven Zone eine Restschicht geringer Dicke aufweist.
364. Array nach Gegenstand 362 oder 363, dadurch gekennzeichnet, dass
das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines Füll materials ersetzt ist.
365. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge- kennzeichnet, dass
das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines eine relativ kleine Bandlücke aufweisenden und damit Licht der ak tiven Zone absorbierenden Materials ersetzt ist.
366. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge- kennzeichnet, dass
das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines Mate rials mit einem vergrößerten Brechungsindex, insbesondere grö ßer als der Brechungsindex des dotierten Materials oder eines Füllmaterials, ersetzt ist.
367. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch ge kennzeichnet, dass
das Licht absorbierende Material und/oder das Material mit ver größertem Brechungsindex an einen jeweiligen Materialübergang aufgebracht wurde.
368. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit einem vergrößer ten Brechungsindex ausgebildet wurde, indem ein den Brechungs- index vergrößerndes Material in das Füllmaterial, insbesondere bis in eine jeweilige Mantelschicht, eindiffundiert oder im plantiert wurde.
369. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Material zur Vergrößerung von Lichtabsorption und/oder ein Material zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands in die aktive Zone eines jeweiligen Materialübergangs eindiffundiert oder implantiert wurde.
370. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
entlang der Materialübergänge, an oder in diesen, mindestens eine optische Struktur, insbesondere ein photonischer Kristall und/oder ein Braggspiegel, erzeugt ist.
371. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels zwei einander gegenüberliegenden elektrischen Kontakten eine elektrische Vorspannung an den beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge angelegt und ein elektrisches Feld durch ei nen jeweiligen Materialübergang erzeugt ist.
372. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels eines an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge aufgebrachten oder aufgewachsenen n-do- tierten Materials und/oder p-dotierten Materials ein elektri sches Feld durch einen jeweiligen Materialübergang erzeugt ist.
373. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die offengelegten Hauptoberflächen der Materialübergänge und/o der offengelegte Oberflächenbereiche der m-LED mittels einer jeweiligen, insbesondere Siliziumdioxid aufweisenden, Passivie rungsschicht elektrisch isoliert und passiviert sind.
374. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hauptoberflächen der m-LED mittels Kontaktschichten elektrisch kontaktiert sind.
375. Array nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material und/oder die Materialübergänge zwischen einer m- LED und deren benachbarten m-LEDs zueinander, insbesondere rich tungsabhängig, verschieden ausgebildet sind. 376. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfas send eine lichtformende Struktur, die auf einer der Hauptab- strahlrichtung zugewandten Oberfläche des Arrays aufgebracht ist, die insbesondere eine photonische Struktur mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden oder vorherigen Gegenstände auf- weist.
377. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die lichtformende Struktur Bereiche mit unterschiedlichem Bre chungsindex aufweist.
378. Array nach Gegenstand 376, bei der sich die lichtformende Struktur in das Halbleitermaterial der m-LED hinein erstreckt.
379. Array nach einem der Gegenstände 376 bis 378, bei der Teilbereiche der lichtformenden Struktur mit einem Konverter material gefüllt sind.
380. Array nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfas send ein Konvertermaterial das auf einer der Hauptabstrahlrich- tung zugewandten Oberfläche aufgebracht ist. 381. Verfahren zur Herstellung eines Arrays optoelektronischer Pixel, insbesondere eines Mikropixel-Emitter-Arrays oder eines Mikropixel-Detektor-Arrays , mit den Schritten,
- Bereitstellen einer ganzflächigen Schichtfolge einer n-do- tierten Schicht und einer p-dotierten Schicht entlang des Ar rays, zwischen denen eine zur Lichtemission geeignete aktive Zone ausgebildet wird;
Zumindest teilweises Entfernen von Material zwischen auszubil- denden benachbarten Pixeln von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her, so dass ein Materialübergang mit einer maximalen Dicke dc verbleibt, der die aktive Zone umfasst, derart, dass zwischen benachbarten Pixeln die elektrische und/o der optische Leitfähigkeiten verringert ist. 382. Verfahren nach Gegenstand 381, bei dem der Schritt des
Entfernens von Material, ein Entfernen der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her bis zu oder in undotierte Mantelschichten oder bis zu der oder zumindest teilweise in die aktive Zone umfasst.
383. Verfahren nach Gegenstand 381, dadurch gekennzeichnet, dass von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines Füllmaterials ersetzt wird.
384. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her das entfernte Material zumindest teilweise mittels eines eine relativ kleine Bandlücke aufweisenden und damit Licht der aktiven Zone absorbierenden Materials ersetzt wird.
385. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her das entfernte Material mittels eines Materials mit einem vergrößerten Brechungsindex, insbesondere größer als der Bre chungsindex des dotierten Materials oder eines Füllmaterials, ersetzt wird.
386. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Licht absorbierende Material und/oder das Material mit ver- größertem Brechungsindex an einen jeweiligen Materialübergang aufgebracht wird.
387. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material mit vergrößertem Brechungsindex ausgebildet wird, indem ein den Brechungsindex vergrößerndes Material in das Füll material, insbesondere bis in eine jeweilige Mantelschicht, eindiffundiert oder implantiert wird.
388. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her ein Material zur Vergrößerung von Lichtabsorption und/oder ein Material zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands in die aktive Zone eindiffundiert oder implantiert wird.
389. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der n-dotierten Seite und/oder von der p-dotierten Seite her entlang der Materialübergänge, an oder in diesen, mindestens eine optische Struktur, insbesondere ein photonischer Kristall und/oder ein Bragg-Spiegel , erzeugt wird.
390. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass von der n-dotierten Seite und von der p-dotierten Seite her zwei einander gegenüberliegende elektrische Kontakte zum Anlegen ei ner elektrischen Vorspannung an den beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge und zum Erzeugen eines elektrischen Feldes durch einen jeweiligen Materialübergang ausgebildet wird.
391. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels eines an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen der Materialübergänge aufgebrachten oder aufgewachsenen n-do- tierten Materials und/oder p-dotierten Materials ein elektri sches Feld durch einen jeweiligen Materialübergang eingebaut wird . 392. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch
elektrisches Isolieren und Passivieren der offengelegten Haupt oberflächen der Materialübergänge und/oder offengelegter Ober flächenbereiche der Pixel mittels einer jeweiligen, insbeson- dere Siliziumdioxid aufweisenden, Passivierungsschicht.
393. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
elektrisches Kontaktieren der Hauptoberflächen der Pixel mit- tels Kontaktschichten.
394. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material und/oder die Materialübergänge zwischen einem Pi- xel und dessen benachbarten Pixeln zueinander, insbesondere richtungsabhängig, verschieden ausgebildet werden.
395. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte erst für eine Hauptoberfläche des Arrays und danach nach einem Substratwechsel für die andere Hauptoberfläche des Arrays ausgeführt werden. 396. Trägerstruktur mit flächigen optoelektronischen Bauelemen ten, insbesondere m-LEDs, aufweisend
- ein flächiges Trägersubstrat, und
- mindestens zwei Aufnahmeelemente, ausgeführt sind, eine erste m-LED derart zwischen den mindestens zwei Aufnahmeelementen lösbar festzuhalten, sodass die m-LED mit einer definierten Mindestkraft senkrecht zu einer Trägerstrukturebene herausbe wegt werden kann; wobei wenigstens ein Aufnahmeelement der min destens zwei Aufnähmeelernente ausgeführt ist, gleichzeitig ein zweiten, benachbart angeordnete m-LED mit festzuhalten und/oder abzustützen.
397. Trägerstruktur nach Gegenstand 396, wobei die Aufnahmeele mente derart am Trägersubstrat angeordnet sind, dass die m-LED von drei Aufnahmeelementen gehalten wird.
398. Trägerstruktur nach Gegenstand 396, wobei wenigstens zwei Aufnahmeelemente der drei Aufnahmeelementen ausgeführt sind, jeweils eine weitere benachbart angeordnete m-LED mit festzu halten und/oder abzustützen.
399. Trägerstruktur nach einem der Gegenstände 396 bis 398, wobei eine Delaminationsschicht vorgesehen ist, die zwischen Aufnahmeelement und m-LED angeordnet ist und insbesondere nach dem Herausbewegen der m-LED am Aufnahmeelement verbleibt.
400. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo bei die Aufnahmeelemente in einem Mesagraben eines Halbleiter wafers angeordnet sind. 401. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo bei das Trägersubstrat und die Aufnahmeelemente einstückig aus geführt sind. 402. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo bei die Aufnahmeelemente ausgeführt sind, eine m-LED seitlich und von einer Unterseite der m-LED zu halten.
403. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo- bei die Aufnahmeelemente relativ zur Trägersubstratebene schräg wegführende m-LED-Halteflächen aufweisen, sodass sich beim Her ausbewegen der m-LED weg von den Aufnahmeelementen eine Halte kraft auf die m-LED verringert . 404. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo bei mindestens eines der Aufnahmeelemente ausgeführt ist, einen lateralen Eckbereich oder Seitenfläche einer m-LED aufzunehmen.
405. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wo- bei eine Auflagefläche zwischen Aufnahmeelement und m-LED klei ner als 1/20, insbesondere kleiner als 1/50 als eine Gesamtflä che der m-LED ist.
406. Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem auf dem wenigstens einen Aufnahmeelement teilweise die erste m-LED p und zweite m-LED aufliegt und zwischen erster und zwei ter m-LED ein Teil der Oberfläche des Aufnahmeelements freiliegt oder sich zwischen der ersten und zweiten m-LED erhebt. 407. m-LED mit einem Halbleiterschichtenstapel, welcher eine aktive Schicht umfasst und die auf einer Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände angeordnet ist.
408. m-LED nach Gegenstand 407, wobei die LED einen durch den Mesagraben ausgebildeten Randbereich aufweist, wobei die aktive Schicht in dem Randbereich eine durch Quantenwellintermixing vergrößerte Bandlücke aufweist.
409 m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem ein Randbereich eine Ausstülpung aufweist, die auf der Trägerstruk tur angeordnet ist.
410 Trägerstruktur nach einem der vorherigen Gegenstände mit einer m-LED, insbesondere einer m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände.
411. Verfahren zur zum Transfer wenigstens zweier m-LEDs, ins besondere optoelektronischer Bauelemente, wobei die wenigstens zwei m-LED auf einem gemeinsamen Aufnahmeelement eines Trägers angeordnet sind und der Träger eine Opferschicht umfasst auf dem die m-LEDs angeordnet sind, umfassend die Schritte:
- Entfernen der Opferschicht auf dem die m-LEDs angeordnet sind, so dass die m-LEDs vom gemeinsamen Aufnahmeelement gehalten werden;
- Abnehmen wenigstens eines der wenigstens zwei m-LEDs von dem gemeinsamen Aufnahmeelement.
412. Verfahren zur Herstellung einer m-LED, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats;
- Aufbringen einer, insbesondere AlGaAs oder InGaAlP aufweisen den Opferschicht auf dem Substrat;
- Erzeugen eines funktionalen Schichtenstapels mit einer akti ven Schicht zwischen gegensätzlich dotierten Halbleiterschich ten;
- Anbringen einer ersten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf einer ersten Hauptflächenseite des funktionalen Schichten stapels ;
- Ausbilden mindestens einer an dem Substrat befestigten, den funktionalen Schichtenstapel tragenden Haltestruktur, von der ein kontaktierter funktionaler Schichtenstapel während eines Abhebens abbrechbar ist;
- zumindest teilweises Entfernen der zwischen einer zweiten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels und dem Substrat angeordneten, Opferschicht;
- Anbringen einer zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht an der zweiten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtensta pels im Bereich der entfernten Opferschicht. 413. Verfahren nach Gegenstand 412, wobei der Schritt des Er zeugens eines funktionalen Schichtenstapels den Schritt eines Ausbilden einer oder mehrerer Quantentöpfe oder Quantenwells in der aktiven Schicht umfasst. 414. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Erzeugens eines funktionalen Schichtenstapels den Schritt umfasst:
Ausbilden eines Quantenwellintermixings in Randbereichen der aktiven Schicht und/oder in Bereichen die zumindest benachbart zu der Haltestruktur oder benachbart zu einer möglichen Ab bruchkante liegen.
415. Verfahren nach Gegenstand 414, bei dem der Schritt eines Ausbildens eines Quantenwellintermixings umfasst:
- Vorsehen einer strukturierten Fotomaske auf dem funktionalen
Schichtenstapel ;
- Aufbringen eines Dotierstoffes mit ersten Prozessparametern;
- Eindiffundieren und/oder Ausbilden des Quantenwellintermi xings mit zweiten Prozessparametern.
416. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Erzeugens eines funktionalen Schichtenstapels den Schritt umfasst:
Ausbilden eines Quantenwellintermixings mit Merkmalen nach ei- nem der vorherigen Gegenstände. 417. Verfahren einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfas send :
Abheben des kontaktierten funktionalen Schichtenstapels durch dessen Abbrechen von der Haltestruktur und Positionieren auf einem sekundären Substrat.
418. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der der Schritt des Ausbildens der Haltestruktur umfasst:
Ausbilden der, insbesondere eine Kegelform aufweisenden, Hal- testruktur an dem funktionalen Schichtenstapel von dessen ers ter Hauptflächenseite her bis in das Substrat hinein.
419. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Anbringens einer ersten elektrisch leitenden Kontaktschichtumfasst
Aufbringen einer ersten Trageschicht an dem funktionalen Schich tenstapel an dessen ersten Hauptflächenseite;
Aufbringen der ersten elektrisch leitenden Kontaktschicht an der ersten Trageschicht, wobei die erste Trageschicht und die erste elektrisch leitende Kontaktschicht zumindest an einer Stelle an dem Substrat angebracht sind und somit die Haltestruk tur zumindest teilweise ausbilden.
420. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Anbringens einer zweiten elektrisch leitenden
Kontaktschicht umfasst:
Anbringen einer zweiten Trageschicht an der dem Substrat zuge wandten zweiten Hauptflächenseite des funktionalen Schichten stapels direkt an dem funktionalen Schichtenstapel;
Anbringen der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht an der zweiten Trageschicht.
421. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Haltestruktur zumindest teilweise epitaktisch oder mittels Dämpfens oder galvanisch ausgebildet wird.
422. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der
des funktionalen Schichtenstapels mittels der Haltestruktur passiviert wird, wobei die Haltestruktur insbesondere transpa rent sein kann.
423. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Entfernen der Opferschicht mittels nass-chemischen Wegätzens.
424. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Entfernen der Opferschicht in zwei Schritten, und zwar vor und nach dem Anbringen der zweiten elektrisch leitenden Kontakt schicht .
425. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
Bedecken einer Flanke des funktionalen Schichtenstapels mittels einer Passivierungsschicht.
426. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Eindiffundieren eines Metalls, insbesondere Zn, von einer Flanke des funktionalen Schichtenstapels her, in einen äußeren Rand bereich des funktionalen Schichtenstapels.
427. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Anbringen der ersten und/oder der zweiten elektrisch leitenden Kontaktschicht mittels Sputterns, Dämpfens oder Galvanik. 428. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs, aufweisend
- einen funktionalen Schichtenstapel; wobei
- an einer einem Substrat abgewandten ersten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels eine erste elektrisch lei- tende Kontaktschicht und an einer dem Substrat zugewandten zwei ten Hauptflächenseite des funktionalen Schichtenstapels eine zweite elektrische leitende Kontaktschichtangebracht ist; wobei
- der kontaktierte funktionale Schichtenstapel von mindestens einer an dem Substrat befestigen Haltestruktur getragen ist, von der der kontaktierte funktionale Schichtenstapel während eines Abhebens abbrechbar ist.
429. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach Gegen stand 428, dadurch gekennzeichnet, dass
der funktionale Schichtenstapel eine optisch aktive Schicht zwischen gegensätzlich dotierten Schichten, insbesondere eine durch einen oder mehrere Quantentöpfe ausgebildete aktive Schicht aufweist. 430. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die aktive Schicht in Rand bereichen der m-LED und/oder in Bereichen die zumindest benach bart zu der Haltestruktur oder benachbart zu einer möglichen Abbruchkante liegen eine erhöhte Bandlücke aufweist.
431. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände, aufweisend ein Quantenwellintermi- xing in Randbereichen der aktiven Schicht oder in Bereichen der aktiven Schicht, die benachbart zu der Haltestruktur oder be- nachbart zu einer möglichen Abbruchkante liegen.
432. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der kontaktierte funktionale Schichtenstapel mittels Abhebens und Positionierens auf ein sekundäres Substrat transferiert wurde . 433. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat GaAs aufweist.
434. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur insbesondere InGaAlP oder AlGaAs oder BCB oder ein Oxid, beispielsweise Si02, oder ein Nitrid oder eine Kom bination derartiger Materialien aufweist, und/oder insbesondere elektrisch nichtleitend ist.
435. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der ersten Hauptflächenseite an den funktionalen Schich tenstapel angebrachte erste Trageschicht insbesondere InGaAlP und/oder AlGaAs aufweist.
436. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der zweiten Hauptflächenseite an den funktionalen Schichtenstapel angebrachte zweite Trageschicht insbesondere InGaAlP und/oder AlGaAs aufweist.
437. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite elektrisch leitende Kontaktschicht ITO oder ZnO oder ein Metall aufweist und/oder insbesondere an einer ersten und einer zweiten Trageschicht angebracht sind.
438. m-LED oder m-LED Modul oder Array von m-LEDs nach einer der vorherigen Gegenstände dadurch gekennzeichnet, dass die m-LED kleiner als 70mih, insbesondere kleiner 50mih oder klei ner 20mih oder kleiner IOmpi ist.
439. Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips , wobei
Elektron-Loch-Paare in optoelektronischen Halbleiter-chips er zeugt werden und dadurch in der Umgebung des jeweiligen opto elektronischen Halbleiterchips ein elektrisches Dipolfeld er zeugt wird,
ein Aufnahmewerkzeug ein elektrisches Feld erzeugt, und die optoelektronischen Halbleiterchips während oder nach der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare mit dem Aufnahmewerkzeug auf genommen und an vorgegebenen Stellen abgelegt werden. 440. Verfahren nach Gegenstand 439, wobei die optoelektronischen
Halbleiterchips m-LEDs oder LEDs sind.
441. Verfahren nach Gegenstand 439 oder 440, wobei die opto elektronischen Halbleiterchips zur Erzeugung der Elektron-Loch- Paare mit Licht, das eine vorgegebene Wellenlänge oder einen vorgegebenen Wellenlängenbereich aufweist, bestrahlt werden.
442. Verfahren nach Gegenstand 441, wobei das Licht zur Erzeu gung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerk-zeug auf die optoelektronischen Halbleiterchips fällt.
443. Verfahren nach Gegenstand 442, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips auf einem Träger angeordnet sind und das Licht zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch den Träger auf die optoelektronischen Halbleiterchips fällt.
444. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips bereitgestellt wird und die elektrischen Dipolfelder nur in ausgewählten opto elektronischen Halbleiter-chips der Mehrzahl von optoelektro nischen Halbleiterchips erzeugt werden. 445. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das
Aufnahmewerkzeug nur in vorgegebenen Bereichen ein elektrisches Feld erzeugt.
446. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Aufnahmewerkzeug an einer den optoelektronischen Halbleiter chips zugewandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen auf weist und die optoelektronischen Halbleiterchips von den Erhe bungen des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden. 447 Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei zu mindest ein Bereich einer den optoelektronischen Halbleiter chips zugewandten Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs eben ist und die optoelektronischen Halbleiterchips mit dem ebenen Bereich des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden.
448. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Aufnahmewerkzeug die Form eines Zylinders hat, der zur Aufnahme der optoelektronischen Halbleiterchips über die optoelektroni schen Halbleiterchips gerollt wird.
449. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei zum Ablegen der optoelektronischen Halbleiterchips das von dem Auf nahmewerkzeug erzeugte elektrische Feld geändert wird. 450. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das
Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme der optoelektronischen Halb leiterchips die optoelektronischen Halbleiterchips direkt be rührt und mittels Van-der-Waals-Kräften hält. 451. Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektroni schen Halbleiterchips, m-LED Anordnungen oder m-LED nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände, umfassend:
ein Anregungselement zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in optoelektronischen Halbleiterchips, um in der Umgebung des je weiligen optoelektronischen Halbleiterchips ein elektrisches Dipolfeld zu erzeugen, und
ein Aufnahmewerkzeug zum Aufnehmen und Ablegen der optoelekt ronischen Halbleiterchips, wobei das Aufnahmewerkzeug derart ausgestaltet ist, dass es ein elektrisches Feld erzeugt, an schließend die optoelektronischen Halbleiterchips mit den von dem Anregungs-element erzeugten Elektron-Loch-Paaren aufnimmt und die optoelektronischen Halbleiterchips an vorgegebenen Stellen ablegt.
452. Vorrichtung nach Gegenstand 451, wobei das Anregungsele ment derart ausgebildet ist, dass es Licht mit einer vorgege benen Wellenlänge oder einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare in den optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt.
453. Vorrichtung nach Gegenstand 452, wobei das Anregungsele ment derart angeordnet ist, dass das Licht zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerkzeug oder durch einen Träger, auf dem die optoelektronischen Halbleiterchips angeord net sind, auf die optoelektronischen Halbleiterchips fällt.
454. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 451 bis 453, wobei das Aufnahmewerkzeug an einer den optoelektronischen Halb- leiterchips zugewandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen aufweist und die optoelektronischen Halbleiterchips von den Er hebungen des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden. 455. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 451 bis 453, wobei zumindest ein Bereich einer den optoelektronischen Halbleiter chips zugewandten Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs eben ist und die optoelektronischen Halbleiterchips mit dem ebenen Bereich des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden.
456. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 451 bis 453, wobei das Aufnahmewerkzeug die Form eines Zylinders hat, der zur Auf nahme der optoelektronischen Halbleiterchips über die opto- elektronischen Halbleiterchips gerollt wird.
457. Verfahren zur Prozessierung einer Anzahl Arrays optoelekt ronischer Bauelemente insbesondere von m-LEDs oder m-LED Anord nungen, mit den folgenden Schritten:
- Erzeugen von m-LEDs auf einem Trägersubstrat mit einer ersten
Dichte ;
- Ausführen erster Transferschritte mittels eines ersten Trans ferstempels, der die optoelektronischen Mikrochipsauf einen Zwischenträgermit der ersten Dichte überträgt;
- Ausführen zweiter Transferschritte mittels eines zweiten
Transferstempels, der die optoelektronischen Mikrochips mit ei ner zur ersten Dichte um einen Faktor n kleineren zweiten Dichte von dem Zwischenträger auf ein Zielsubstratüberträgt, das für ein jeweiliges der Anzahl Arrays eine gemeinsame Arrayfläche, insbesondere für alle drei Farben, bereitstellt, wobei die Größe des Zwischenträgers zu der des zweiten Transferstempels gleich oder größer ist und die Größe des zweiten Transferstempels zu der Arrayfläche gleich oder um einen Faktor k kleiner ist. 458. Verfahren nach Gegenstand 457, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen der m-LEDs, diese mit jeweiligen Modulbereichen verbunden erzeugt werden, die jeweils mit dem Trägersubstrat verbunden erzeugt werden.
459. Verfahren nach Gegenstand 458, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen der m-LEDs zwischen Modulbereichen und dem Trä gersubstrat erste Ankerelemente zum Verbinden mit einer ersten Haftkraft und/oder zwischen den m-LEDs und den Modulbereichen zweite Ankerelemente zum Verbinden mit einer zweiten Haftkraft ausgebildet werden.
460. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Ausführen der ersten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden ersten Transferstempels größer als die erste Haft kraft und kleiner als die zweite Haftkraft derart eingestellt wird, dass die Modulbereiche von dem Trägersubstrat abgehoben und zum Zwischenträgerübertragen werden. 461. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Ausführen der zweiten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden zweiten Transferstempels größer als die zweite Haft kraft derart eingestellt wird, dass die m-LEDs von den Modul- bereichen abgehoben und zum Zielsubstratübertragen werden.
462. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Erzeugen der m-LEDs zwischen den Modulbereichen und dem Trägersubstrat zusätzlich erste Freigabeelemente zum Verbinden mit einer zusätzlichen ersten Haftkraft und/oder zwischen den m-LEDs und den Modulbereichen zusätzlich zweite Freigabeele mente zum Verbinden mit einer zusätzlichen zweiten Haftkraft ausgebildet werden.
463. Verfahren nach Gegenstand 462, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausführen der ersten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden ersten Transferstempels größer als die gesamte erste Haftkraft und kleiner als die gesamte zweite Haftkraft derart eingestellt wird, dass die Modulbereiche von dem Wafer abgehoben und zum Zwischenträgerübertragen werden.
464. Verfahren nach Gegenstand 463, dadurch gekennzeichnet, dass mittels vorherigen Entfernens der ersten Freigabeelemente die zusätzliche erste Haftkraft reduziert wurde, insbesondere bis auf null.
465. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Ausführen der zweiten Transferschritte die Abhebekraft des abhebenden zweiten Transferstempels größer als die gesamte zweite Haftkraft derart eingestellt wird, dass die m-LEDs von den Modulbereichen abgehoben und zum Zielsubstratübertragen werden.
466. Verfahren nach Gegenstand 465, dadurch gekennzeichnet, dass mittels vorherigen Entfernens der zweiten Freigabeelemente die zusätzliche zweite Haftkraft, insbesondere bis auf null, redu- ziert wurde.
467. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
für die Haftung der Modulbereiche auf dem Zwischenträger Mate- rialien mit einer jeweiligen Haftkraft verwendet werden, die größer als die gesamte zweite Haftkraft ist.
468. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
beim Erzeugen der m-LEDs zum Ausführen der ersten Übertragungs schritte Anhebeelemente unmittelbar an den Modulbereichen zum Anheben und Übertragen der Modulbereiche auf den Zwischenträger ausgebildet werden. 469. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
beim Erzeugen der Mikrochips zum Ausführen der ersten Übertra gungsschritte Positionierungselemente unmittelbar an den Modul bereichen zum positionsgenauen Übertragen der Modulbereiche auf den Zwischenträger ausgebildet werden.
470. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Ausführen der zweiten Übertragungsschritte Abgreifelemente an dem zweiten Transferstempel zum Ausdünnen der Mikrochips in die zweite Dichte ausgebildet werden.
471. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Größe des, insbesondere rechteckigen, ersten Transferstem pels zu der Größe des, insbesondere runden, Wafers derart um den Faktor s kleiner gewählt wird, dass die Größe einer Fläche verlorener m-LEDs am Rand des Trägersubstrats für das erste Übertragen zum vollständigen Bestücken des Zwischenträgers klein, insbesondere je Farbe kleiner gleich 20% oder kleiner gleich 30% der Trägersubstratfläche ist.
472. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Größe des, insbesondere rechteckigen, ersten Transferstem pels zu der Größe des Zwischenträgers derart um den Faktor r kleiner gewählt wird, dass die Anzahl der ersten Transfer schritte r für das erste Übertragen zum vollständigen Bestücken des Zwischenträgers klein, insbesondere je Farbe kleiner gleich 10 oder kleiner gleich 50 ist.
473. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Zwischenträgers, der Form des zweiten Transfer stempels und diese insbesondere der Form der Arrayfläche ent spricht .
474. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenträgermit getesteten Modulbereichen des Trägersub strats oder mehrerer, insbesondere verschiedener, Trägersub strate bestückt wird.
475. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abstände zwischen den m-LEDs auf dem jeweiligen Trägersub strat, den Abständen zwischen den m-LEDs auf dem Zwischenträ gerentsprechen .
476. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abstände zwischen Mikrochipsauf einem jeweiligen Zwischen träger und auf einem jeweiligen Zielsubstrat in einer x-Richtung zu denen einer y-Richtung verschieden sind.
477. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zielsubstratmittels mehrerer Zwischenträgerbestückt wird.
478. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Farbe der m-LEDs eines jeweiligen Zwischenträgers einfarbig rot, grün oder blau ist und aus drei Zwischenträgern, die zu einander verschiedenfarbige m-LEDs aufweisen, zusammen die An zahl von Arrays ausgebildet wird.
479. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Trägersubstrat und Modulbereichen zuerst erste Frei gabeelemente und danach zwischen m-LEDs und Modulbereichen zweite Freigabeelemente selektiv entfernt werden. 480. Array mit einer Vielzahl von m-LEDs, m-LED Module oder m-
LED Anordnungen, die insbesondere für jede der Farben Rot, Grün und Blau mit den folgenden Schritten hergestellt werden:
- Erzeugen von m-LEDs, auf einem Trägersubstrat mit einer ersten Dichte ;
- Ausführen erster Transferschritte mittels eines ersten Trans ferstempels, der die m-LEDs auf einen Zwischenträgermit der ersten Dichte überträgt;
Ausführen zweiter Transferschritte mittels eines zweiten Transferstempels, der die m-LEDs mit einer zur ersten Dichte um einen Faktor n kleineren zweiten Dichte von dem Zwischenträger auf ein Zielsubstratüberträgt, das für ein jeweiliges der Arrays eine gemeinsame Arrayfläche, insbesondere für alle drei Farben, bereitstellt, wobei die Größe des Zwischenträgers zu der des zweiten Transferstempels gleich oder größer ist und die Größe des zweiten Transferstempels zu der Arrayfläche gleich oder um einen Faktor k kleiner ist.
481. Array mit einer Vielzahl von m-LEDs, m-LED Module oder m- LED Anordnungen, die gemäß einem Verfahren nach einem der vor- herigen Gegenstände hergestellt wurden.
482. Startstruktur zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass mittels erster Ankerelemente Modulbereiche auf einem Trägersub- straf befestigt sind, und
mittels zweiter Ankerelemente m-LEDs auf den Modulbereichen be festigt sind.
483. Startstruktur zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
mittels erster Ankerelemente und entfernbarer erster Freigabe elemente Modulbereiche auf einem Trägersubstrat befestigt sind, und
mittels zweiter Ankerelemente und entfernbarer zweiter Frei gabeelemente m-LEDs auf den Modulbereichen befestigt sind.
484. Verfahren zur Herstellung von Modulen von m-LEDs, mit den Schritten :
- Erzeugen mindestens eines ein Basismodul bereitstellenden
Schichtenstapels auf einem Trägermit einer ersten Schicht, ei ner darauf aufgebrachten aktiven Schicht und einer darauf aus gebildeten zweiten Schicht;
- Freilegen eines dem Träger abgewandten Oberflächenbereichs der ersten Schicht;
- Ausbilden eines ersten Kontakts an einen dem Träger abgewand ten Oberflächenbereich der zweiten Schicht;
- Ausbilden eines zweiten Kontakts an den dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht.
485. Verfahren nach Gegenstand 484, dadurch gekennzeichnet, dass Ausbilden eines zweiten Kontakts umfasst:
- Ausbilden eines elektrisch isolierenden Dielektrikums über einem Teilbereich der aktiven Schicht und der zweiten Schicht; - Ausbilden des zweiten Kontakts mit einem leitenden Material, das elektrisch den abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht kontaktierend über das Dielektrikum zu einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schichtverläuft. 486. Verfahren nach Gegenstand 484 oder 485, gekennzeichnet durch ein
Freilegen des dem Träger abgewandten Oberflächenbereichs der ersten Schicht mittels einer flachen Flankenstrukturierung des mindesten eines Schichtenstapels, insbesondere von der Seite der zweiten Schicht her, wobei insbesondere ein flacher Graben, den jeweiligen Schichtenstapel umlaufend, erzeugt wird.
487. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch
Erzeugen einer Vielzahl von Basismodulen als eine Matrix entlang einer X-Y-Ebene entlang mindestens einer Zeile und entlang min destens einer Spalte, wobei Basismodule einer jeweiligen Zeile gleich orientiert werden.
488. Verfahren nach Gegenstand 487, dadurch gekennzeichnet, dass die Basismodule zweier benachbarter Zeilen gleich orientiert werden; oder dass
die Basismodule zweier benachbarter Zeilen entgegengesetzt ori entiert werden, wobei damit Kontakte gleicher Polarität, ins besondere erste Kontakte, zueinander benachbart angeordnet wer den .
489. Verfahren nach Gegenstand 488, gekennzeichnet durch Erzeugen eines gemeinsamen Schichtenstapels zweier benachbarter zueinander entgegengesetzt orientierter Basismodule.
490. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch wenigstens einen der folgenden Schritte
- Gruppieren einer Anzahl von Basismodulen zu mindestens einem, insbesondere entlang der X-Y-Ebene rechteckigen oder quadrati schen, m-LED-Modul, wobei insbesondere bei einer Mehrzahl von Zeilen jede Zeile die gleichen Spalten mit Basismodulen belegt aufweist; und
- Ausbilden des mindestens einen m-LED-Moduls aus der Vielzahl von Basismodulen mittels einer tiefen Flankenstrukturierung durch die erste Schicht hindurch, insbesondere von der Seite der zweiten Schicht her.
491. Verfahren nach einen der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Basismodule beim Strukturieren der tiefen Flanken auf einem anderen Träger angeordnet sind, im Unterschied zum Freilegen der ersten und zweiten Kontakte.
492. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch wenigstens einen der folgenden Schritte
- Herauslösen von dem Basismodul oder m-LED Moduls vom Träger mittels Laser-Lift-Off; und
- Herauslösen von dem Basismodul oder m-LED Modul vom Träger, mittels eines mechanischen Verfahrens .
493. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
gekennzeichnet durch ein
Kontaktieren der Kontakte des m-LED Moduls an einen Ersatzträger oder Endträger, insbesondere mittels Flip-Chip-Technologie .
494. Verfahren nach Gegenstand 493, dadurch gekennzeichnet, dass für Kontakte benachbarter entgegengesetzt orientierter Basis- module des m-LED Moduls gemeinsame Kontaktbereiche erzeugt wer den .
495. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schicht n-dotiert und die zweite Schicht p-dotiert ist, wobei die aktive Schicht insbesondere zur Emission von blauem oder grünem Licht ausgestaltet ist; und/oder dass die erste Schicht p-dotiert und die zweite Schicht n-dotiert ist, wobei die aktive Schicht insbesondere zur Emission von rotem Licht ausgestaltet ist.
496 Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Schichtenstapel mittels Epitaxie geschaffen wird; und/oder dass ein Freilegen und/oder ein Gruppieren mittels Ätzens ausgeführt wird .
497. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend ein
Erzeugen eines Quantenwellintermixings in Bereichen der aktiven Schicht, die benachbart zu einer tiefen Flankenstrukturierung verlaufen 498. m-LED Modul, aufweisend mindestens einen ein Basismodul bildenden Schichtenstapel, mit einer an einem Träger ausgebil deten ersten Schicht, eine aktive Schicht und einer zweiten Schichtausgebildet ist, wobei ein erster Kontakt in oder auf einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schichtgebildet ist, und ein zweiter Kontakt in oder auf dem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht gebildet ist, und der erste und zweite Kontakt voneinander be- abstandet sind. 499. m-LED Modul nach Gegenstand 498, bei dem eine Lichtaus trittsfläche auf einer dem ersten und zweiten Kontakt abgewand ten Seite des Schichtenstapels gebildet ist.
500. m-LED Modul nach Gegenstand 498, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Kontakt mittels eines Dielektrikums zur Übergangs schicht und zur zweiten Schichtelektrisch isoliert zu und an dem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schichtverlaufend ausgebildet ist.
501. m-LED Modul nach Gegenstand 499, dadurch gekennzeichnet, dass
das m-LED Modul eine Vielzahl von in einer Matrix aus mindestens einer Zeile und mindestens einer Spalte angeordneten Basismo- dulen umfasst. 502. m-LED Modul nach Gegenstand 501, bei dem ein zu dem m-LED Modul benachbartes m-LED durch eine tiefe Flankenstrukturierung getrennt ist. 503. m-LED Modul nach Gegenstand 502, bei dem Bereiche der aktiven Schicht die benachbart zu einer tiefen Flankenstruktu rierung verlaufen, eine insbesondere durch Quantenwellintermi- xing erzeugte erhöhte Bandstruktur aufweisen. 504 m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Basismodule zweier benachbarter Zeilen entgegengesetzt ori entiert sind, so dass damit Kontakte gleicher Polarität, ins besondere erste Kontakte, zueinander benachbart angeordnet sind.
505. Modul nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Modul, insbesondere das Leuchtdioden-Modul, mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Gegenstände erzeugt wurde.
506. m-Display oder m-LED Displaymodul mit
- einer an einem ersten Träger ausgebildeten ganzflächigen Ziel matrix, die Zeilen und Spalten von m-LEDs, besetzbaren Stellen aufweist,
- ein oder mehrere m-LED Module nach einem der Gegenstände 498 bis 505 die ein oder mehrere Basismodule umfassen, deren Größe mit den besetzbaren Stellen korrespondiert;
dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED Module an dem ersten Träger in der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen sind, dass in dieser eine Anzahl von von Basismodulen unbesetzte Stellen verbleibt, an denen zumindest teilweise jeweils mindestens ein Sensorele ment positioniert und elektrisch angeschlossen ist. 507. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 506, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl von an dem ersten Träger ausgebildeten zueinander gleich oder verschieden großen ganzflächigen Zielmatrizenent- lang Zeilen und Spalten mit Zielmatrizenbesetzbarer Stellen mit jeweiligen Abständen zueinander ausgebildet ist.
508. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 506 oder 507, dadurch gekennzeichnet, dass
die Basismodule in einer Matrixebene Rechtecke ausbilden und in m-LED Modulen eine beliebige Anzahl von jeweils entlang einer gemeinsamen Seite zueinander benachbarte Basismodule gruppiert sind . 509. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein m-LED Modul vier Basismodule in zwei Zeilen und zwei Spalten aufweist. 510. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein m-LED Modul drei Basismodule in zwei Zeilen und zwei Spalten aufweist. 511. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens sieben m-LED Module mit jeweils vier Basismodule und mindestens zwei m-LED Module mit jeweils drei Basismodule an der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen sind.
512. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 511, dadurch gekennzeichnet, dass dass mindestens zwei von Basismodulen unbesetzte Stellen erzeugt sind, an denen jeweils mindestens ein Sensorelement positioniert und elektrisch angeschlossen ist. 513. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 512, dadurch gekennzeichnet, dass
die von Sensorelementen besetzten Stellen von Basismodulen ein gerahmt sind. 514. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Basismodule ausgebildet sind, um elektromagnetische Strah lung von einer ersten Seite des ersten Trägers abzugeben. 515. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED Module Basismodule aufweisen, welche als Subpixel ausgebildet sind. 516. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stellen der Zielmatrizen als Subpixel eines Pixels sind.
517. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl von Sensorelementen als Teil einer am ersten Trä ger ausgebildeten Sensoreinrichtung ausgebildet ist, um elekt romagnetische Strahlung, die auf eine erste Seite des ersten Trägers trifft, zu empfangen.
518. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Sensorelement als ein Vitalzeichen-Überwachungs- Sensor ausgebildet ist. 519. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 519, wobei
der Vitalzeichen-Überwachungs-Sensor innerhalb eines Anzeigen schirms oder hinter der hinteren Oberfläche eines Anzeigen- schirms angeordnet ist, und der Vitalzeichen-Überwachungs-Sen- sor zur Messung eines oder mehrerer Vitalzeichen-Parameter ei nes Benutzers eingerichtet ist, der ein Körperteil an die vor dere Hauptoberfläche des Anzeigenschirms an dem Vitalzeichen- Überwachungs-Sensor platziert.
520. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Basismodul jeweils eine an einem zweiten Träger ausgebildete erste Schicht aufweist, an der eine aktive Übergangsschicht und an dieser eine zweite Schicht ausgebildet ist, wobei ein erster Kontakt an einem dem zweiten Träger abgewandten Oberflächenbe reich der zweiten Schicht angeschlossen ist, wobei ein zweiter Kontakt an einem dem zweiten Träger abgewandten Oberflächenbe reich der ersten Schicht angeschlossen ist.
521. m-Display oder m-LED Displaymodul nach Gegenstand 520, bei dem
der zweite Kontakt mittels eines Dielektrikums zur Übergangs schicht und zur zweiten Schicht elektrisch isoliert zu und an dem zweiten Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht verlaufend ausgebildet ist.
522. m-Display oder m-LED Displaymodul nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweilige Sensorelement in Form einer m-Fotodiode, oder in Form eines Fototransistors oder in Form eines Fotowiderstandes oder in Form eines Umgebungslichtsensors oder in Form eines Infrarotsensors oder in Form eines Ultraviolettsensors oder in Form eines Annäherungssensors oder in Form eines Infrarotbau- elements ausgebildet ist. 523. Verfahren zur Herstellung eines m-Displays oder m-LED Dis playmodul mit einer an einem ersten Träger ausgebildeten, Zeilen und Spalten von mit Basismodulen, besetzbare Stellen aufweisen den ganzflächigen Zielmatrix,
wobei eine Anzahl von Basismodule an einem zweiten Träger in einer zu der Zielmatrixeine gleiche Beabstandung von mit Basis modulen besetzbaren Stellen aufweisenden Startmatrix, insbeson dere mittels einer flachen Mesa-Ätzung, ausgebildet wird, dort, insbesondere mittels einer tiefen Mesa-Ätzung, zu einer Anzahl von m-LED Modulen gruppiert wird und diese m-LED Module von dem zweiten Träger, insbesondere mittels Laser-Lift-Off oder eines mechanischen oder chemischen Verfahrens, getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED Module an dem ersten Träger in der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen werden, dass in die ser eine Anzahl von von Basismodulen unbesetzte Stellen ver bleibt, an denen zumindest teilweise jeweils mindestens ein Sensorelement positioniert und elektrisch angeschlossen wird. 524. Verfahren nach Gegenstand 523, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von an dem ersten Träger ausgebildeten zueinander gleich oder verschieden großen ganzflächigen Zielmatrizenent- lang Zeilen und Spalten mit Zielmatrizenbesetzbarer Stellen mit jeweiligen Abständen zueinander ausgebildet werden.
525. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Basismodule in einer Matrixebene Rechtecke ausbilden und in m-LED Modulen eine beliebige Anzahl von jeweils entlang einer gemeinsamen Seite zueinander benachbarte Basismodule gruppiert werden .
526. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei in mindestens einem m-LED Modul vier Basismodule in zwei Zeilen und zwei Spalten gruppiert werden. 527. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei in mindestens einem m-LED Modul drei Basismodule in zwei Zeilen und zwei Spalten gruppiert werden. 528. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens sieben m-LED Module mit jeweils vier Basismodule und mindestens zwei m-LED Module mit jeweils drei Basismodule an der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen werden, dass mindestens zwei von Basismodulen unbesetzte Stel len erzeugt werden, an denen jeweils mindestens ein Sensorele ment positioniert und elektrisch angeschlossen wird.
529. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die von Sensorelementen besetzten Stellen von Basismodulen ein gerahmt werden.
530. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Basismodule ausgebildet werden, um elektromagnetische Strahlung von einer ersten Seite des ersten Trägers abzugeben.
531. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl von Sensorelementen als Teil einer am ersten Trä- ger ausgebildeten Sensoreinrichtung ausgebildet wird, um elekt romagnetische Strahlung, die auf eine erste Seite des ersten Trägers trifft, zu empfangen.
532. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Sensorelement als ein Vitalzeichen-Überwachungs-Sensor aus gebildet wird.
533. Verfahren nach Gegenstand 532,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vitalzeichen-Überwachungs-Sensor innerhalb eines Anzeigen schirms oder hinter der hinteren Oberfläche eines Anzeigen schirms angeordnet wird, wobei der Vitalzeichen-Überwachungs- Sensor zur Messung eines oder mehrerer Vitalzeichen-Parameter eines Benutzers eingerichtet wird, der ein Körperteil an die vordere Hauptoberfläche des Anzeigenschirms an dem Vitalzei- chen-Überwachungs-Sensor platziert .
534. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Basismodul jeweils eine an einem zweiten Träger ausgebildete erste Schicht aufweist, an der eine aktive Übergangsschicht und an dieser eine zweite Schicht ausgebildet wird, wobei ein erster Kontakt an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht angeschlossen wird, wobei ein zweiter Kontakt an einem dem zweiten Träger abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht angeschlossen wird.
535. Verfahren nach Gegenstand 534, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontakt mittels eines Dielektrikums zur Übergangs schicht und zur zweiten Schicht elektrisch isoliert zu und an dem zweiten Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht verlaufend ausgebildet wird. 536. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Sensorelement jeweils in Form einer Mikrofotodiode, oder in Form eines Fototransistors oder in Form eines Fotowiderstandes oder in Form eines Umgebungslichtsensors oder in Form eines Infrarotsensors oder in Form eines Ultraviolettsensors oder in Form eines Annäherungssensors oder in Form eines Infrarotbau elements ausgebildet wird.
537. m-LED Modul, umfassend : - einen Körper mit einer ersten Hauptfläche und vier Seitenflä chen;
- zumindest drei auf der ersten Hauptfläche angeordnete Kon- taktpads, wobei auf wenigstens einem der zumindest drei Kon- taktpads eine m-LED mit einer Kantenlänge von 15 m oder kleiner, angeordnet ist;
- mehrere Kontaktstege, wobei jeweils ein Kontaktsteg mit einem der zumindest drei Kontaktpads elektrisch verbunden ist, und die drei Kontaktstege auf der ersten Hauptfläche und wenigstens einer der vier Seitenflächen angeordnet sind.
538. m-LED Modul nach Gegenstand 537, weiter umfassend:
einen vierten Kontaktsteg, der auf einer zweiten der vier Sei tenflächen angeordnet ist und der
- auf der ersten Hauptfläche an ein viertes Kontaktpad ange schlossen ist, welches mit dem wenigstens einen m-LED elektrisch verbunden ist; oder
- auf der ersten Hauptfläche mit einem optisch transparenten Kontaktpad elektrisch verbunden ist, welches die wenigstens eine m-LED elektrisch auf einer dem wenigstens einem der drei Kon taktpads gegenüberliegenden Seite verbindet.
539. m-LED Modul nach Gegenstand 537, bei dem die zweite Sei tenfläche der vier Seitenflächen lediglich den vierten Kontakt- steg aufweist.
540. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem wenigsten zwei der drei Kontaktstege auf unterschiedlichen Sei tenflächen angeordnet sind.
541. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Körper einen prismaförmigen Körper bildet, bei dem die erste Hauptfläche mit jeder der vier Seitenflächen einen Winkel von 90° oder mehr einschließt. 542. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
- eine zweite Hauptfläche, die der ersten Hauptfläche im We sentlichen gegenüberliegt; wobei
die zweite Hauptfläche eine größere Fläche als die Fläche der ersten Hauptfläche aufweist.
543. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Seitenflächen nicht senkrecht zu der ersten Hauptfläche angeordnet sind.
544. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend :
- eine zweite Hauptfläche, die der ersten Hauptfläche gegen- überliegt;
- wenigstens drei Kontaktpads, die auf der zweiten Hauptfläche angeordnet sind und mit jeweils einem der zumindest drei Kon taktstege auf der wenigstens einer der vier Seitenflächen ver bunden sind.
545. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Kontaktstege und/oder die Kontaktpads eine, insbesondere aufgedampfte Metallfahne umfassen, deren Dicke kleiner als 5 pm, insbesondere kleiner als 2pm ist.
546. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, der Körper umfassend:
- mindestens eine mit einem elektrisch leitfähigen Material wenigstens teilweise gefüllte Durchkontaktierung, wobei das elektrisch leitfähige Material auf der ersten Hauptfläche mit einem der zumindest drei auf der ersten Hauptfläche angeordnete Kontaktpads verbunden ist.
547. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Körper eine Vertiefung auf der zweiten Hauptfläche aufweist, in der wenigstens Kontaktsteg verläuft, welcher ein Kontaktpad auf der zweiten Hauptfläche mit einer Durchkontaktierung ver bindet und wenigstens ein auf der ersten Hauptseite angeordnetes optoelektronisches Bauelement an die Durchkontaktierung ange- schlossen ist.
548. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Körper Silizium aufweist und/oder eine Dicke von weniger als 30pm, insbesondere im Bereich von 5 bis 15 m umfasst.
549. m-LED Modul nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Kontaktstege jeweils entlang einer Ecke von zwei Seitenflä chen von der ersten Hauptfläche zu der zweiten Hauptfläche ver laufen .
550. Verfahren zur Herstellung m-LED Moduls, umfassend die Schritte
- Bereitstellen eines strukturierten Membranwafers, der eine Vielzahl von im wesentlichen V-förmigen grabenförmigen Vertie- fungen aufweist, so dass eine erste durch Gräben begrenzte Hauptfläche des strukturierten Membranwafers mit den Flanken der Gräben einen Winkel von 90° oder größer einschließt;
- Herstellen von Kontaktpads auf der ersten Hauptfläche des Membranwafers, einschließlich einer optionalen Umverdrahtung - Aufbringen wenigstens einer m-LED;
- Aufbringen eines temporären Trägers zugewandt der ersten Hauptfläche ;
- Rückätzen des Membranwafers bis um oder kurz vor die Gräben;
- Aufbringen von rückseitigen Kontakten und optionales Verein- zeln zur Bildung eines m-LED Moduls.
551. Verfahren zur Herstellung eines Pixelfelds mit den Schrit ten : - Bereitstellen eines Substrats zur feldartigen Anordnung von Pixeln auf dem Substrat und zur elektrischen Kontaktierung der Pixel,
wobei das Substrat für einen Pixel einen Satz von Primär-Kon- takten bereitstellt, wobei der Satz von Primär-Kontakten zur elektrischen Kontaktierung von einer Gruppe von m-LEDs des Pi xels vorgesehen ist, wobei das Substrat für den Pixel außerdem einen Satz von Ersatzkontakten bereitstellt,
- Bestücken der Primär-Kontakte des Pixels mit der Gruppe von m-LEDs, wobei der Satz von Ersatzkontakten des Pixels nicht bestückt wird,
- Identifizieren eines fehlerhaften m-LEDs oder einer fehler haften Kontaktierung in der Gruppe von m-LEDs, und
- Bestücken eines Ersatzkontakts des Satzes von Ersatzkontakten des Pixels mit einer Ersatz-p-LED für die fehlerhafte m-LED oder die fehlerhafte Kontaktierung.
552. Verfahren nach Gegenstand 551, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Identifizierens einer fehlerhaften m-LED in der Gruppe von m-LEDs und des Bestückens eines Ersatzkontakts mit einer Ersatz-p-LED für die identifizierte m-LED solange wiederholt werden, bis in dem Pixel für jedes als fehlerhaft identifizierte m-LED ein Ersatz-p-LED vorhanden ist. 553. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine als fehlerhaft identifizierte m-LED nicht entfernt wird.
554. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine als fehlerhaft identifizierte m-LED und die Ersatz-p-LED zur Emission von Licht der gleichen Farbe vorgesehen sind.
555. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von m-LED einen oder mehrere Sätze von RGB- -LED umfasst .
556. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
kein Ersatzkontakt des Pixels mit einer Ersatz- -LED bestückt wird, wenn in dem Pixel keine fehlerhafte m-LED gefunden wird.
557. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Primär-Kontakte und/oder die Ersatzkontakte zur anodensei tigen oder zur kathodenseitigen oder sowohl zur anoden- als auch zur kathodenseitigen Kontaktierung der m-LED bzw. der Ersatz- m-LEDs ausgebildet sind.
558. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei einer m-LED oder einer Ersatz-g-LED um eine m-LED oder ein m-LED Modul oder ein Basismodul nach Merkmalen nach einem der vorherigen Gegenstände handelt.
559. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine elektrische Kontaktierung für eine identifizierte, fehler- hafte m-LED getrennt wird.
560. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bestücken des Ersatzkontakts mit einer Ersatz-g-LED für eine als fehlerhaft identifizierte m-LED unabhängig von der Farbe des von der Ersatz-g-LED emittierten Lichts erfolgt.
561. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände,
dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Primär-Kontakte des Pixels mit m-LEDs bestückt wer den .
562. Pixelfeld, mit:
einem Substrat zur feldartigen Anordnung von Pixeln auf dem Substrat und zur elektrischen Kontaktierung der Pixel, wobei das Substrat für wenigstens einen Pixel einen Satz von Primär-Kontakten bereitstellt, wobei der Satz von Primär-Kon- takten des Pixels zur elektrischen Kontaktierung von einer Gruppe von m-LEDs vorgesehen ist, wobei das Substrat für den wenigstens einen Pixel außerdem einen Satz von Ersatzkontakten aufweist,
wobei die Primär-Kontakte des Pixels mit der Gruppe von m-LEDs bestückt sind,
wobei die Gruppe von m-LEDs eine fehlerhafte, deaktivierte m- LED aufweist, und
wobei ein Ersatzkontakt des Satzes von Ersatzkontakten des Pi xels mit einer Ersatz-p-LED als Ersatz für die fehlerhafte, deaktivierte m-LED bestückt ist.
563. Pixelfeld nach Gegenstand 562,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei wenigstens zwei Pixeln die Anzahl der besetzten Ersatzkon takte unterschiedlich ist.
564. m-Display, welches ein Pixelfeld nach einem der vorherigen Gegenstände oder ein Pixelfeld aufweist, welches nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände hergestellt wurde .
565. m-LED, umfassend:
- einen Schichtenstapel aus einer p-dotierten Schicht;
- einer n-dotierten Schicht;
- einem zwischen der p-dotierten und n-dotierten Schicht ange- ordneten aktiven Bereich; wobei der Schichtenstapel sich über eine Hauptoberfläche erhebt und der aktive Bereich oberhalb einer Mitte, von der Hauptober fläche aus gesehen, des Schichtenstapels angeordnet ist, wobei der Schichtenstapel einen sich von der Hauptoberfläche aus re- duzierenden Durchmesser aufweist;
eine reflektierende Schicht über einer Oberfläche des Schich tenstapels .
566. m-LED nach Gegenstand 565,
bei dem der Schichtenstapel die Form einer Halbkugel oder eines Paraboloids oder eines Ellipsoids aufweist.
567. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Be reiche der aktiven Schicht, welche der reflektierenden Schicht benachbart sind, eine erhöhte Bandlücke aufweisen.
568. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Be reiche der aktiven Schicht, welche der reflektierenden Schicht benachbart sind, ein Quantenwellintermixing aufweisen.
569. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die reflektierende Schicht ein Dielektrikum zwischen dem aktiven Bereich und der dem Oberflächenbereich benachbarten Schicht des Schichtenstapels aufweist.
570. m-LED Anordnung zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Dis plays, aufweisend
- ein flächiges Trägersubstrat; und
- wenigstens eine m-LED, der an einer Bestückungsseite des Trä- gersubstrats angeordnet ist;
wobei die m-LED ausgeführt ist, Licht quer zu einer Trägersub stratebene in eine Richtung weg vom Trägersubstrat auszusenden;
- ein flächiges Reflektorelement; wobei das Reflektorelement räumlich derart an der Bestückungs seite relativ zu der wenigstens einen m-LED angeordnet und aus geführt ist, um von der wenigstens einen m-LED ausgesendetes Licht in Richtung des Trägersubstrats zu reflektieren;
wobei das Trägersubstrat zumindest teilweise transparent aus geführt ist, sodass sich vom Reflektorelement reflektiertes Licht durch das Trägersubstrat ausbreitet und an einer der Be stückungsseite gegenüberliegenden Displayseite des Trägersub strates austritt .
571. m-LED Anordnung nach Gegenstand 570, wobei zur Streuung des von der wenigstens einen m-LED reflektierten Lichts an der zu der wenigstens einen m-LED gerichteten Seite des Reflekto relements eine Diffusorschicht vorgesehen ist und/oder ein Re- flektormaterial Diffusorpartikel aufweist.
572. m-LED Anordnung nach Gegenstand 571, wobei die Diffusor schicht und/ oder die Diffusorpartikel AI2O3 und/oder Ti02 auf weisen .
573. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Reflektorelement die wenigstens eine m-LED rund, po lygonartig oder parabolisch umgibt. 574. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Reflektorelement einen elektrischen Kontakt der we nigstens einen m-LED bildet.
575. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Reflektorelement derart ausgestaltet und geformt ist, dass mindestens 90% des von der wenigstens einen m-LED ausge sendeten Lichts mit einem Winkel zwischen 45 und 90 Grad relativ zur Trägersubstratebene auf die Bestückungsseite des Trägersub strates auftrifft. 576. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die wenigstens eine m-LED drei m-LEDs umfasst, die von dem Reflektorelement umgeben ist. 577. m-LED Anordnung nach Gegenstand 576, bei dem die wenigstens drei m-LEDs auf der dem Reflektorelement zugewandten Seite ein Kontaktbereich aufweisen, der mit einer transparenten Deck schicht zum gemeinsamen elektrischen Kontakt bedeckt ist. 578. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Trägersubstrat Polyamid, einen transparenten Kunst stoff, harz oder Glas aufweist.
579. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Reflektorelement als reflektierende Schicht der we nigstens einen m-LED ausgebildet ist.
580. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei zusätzlich eine Passivierungsschicht zum Abschwächen oder Eliminieren von Reflexionen des Lichts an Mesakanten der we nigstens einen m-LED vorgesehen ist.
581. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei an der Bestückungsseite und/oder der Displayseite des Trägersubstrates außerhalb des Reflektorelementes eine licht absorbierende Beschichtung vorgesehen ist.
582. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Displayseite des Trägersubstrates eine unebene und/o- der aufgeraute Struktur aufweist.
583. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei an der Displayseite des Trägersubstrates gegenüber dem Reflektorelement ein Farbfilterelement angeordnet ist; wobei das Farbfilterelement ein primäres Farbspektrum der we nigstens einen m-LED passieren lässt und abweichende Farbspek tren dämpft . 584. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der in dem Trägersubstrat eine lichtformende Struktur, insbe sondere eine photonische Struktur mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden Gegenstände eingebracht ist, welche erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex einge- bracht ist.
584. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der auf der Displayseite des Trägersubstrats eine lichtformende und/oder lichtkonvertierende Struktur angeordnet ist, welche erste und zweite Bereiche aufweist.
585. m-LED Anordnung nach Gegenstand 583 oder 584, wobei erste Bereiche ein Konvertermaterial umfassen.
586. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, umfassend ein Konvertermaterial, welches die wenigstens eine m-
LED umgibt und den Raum zwischen m-LED und Reflektormaterial ausfüllt .
587. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, umfassend ein Konvertermaterial auf der Displayseite des Trä gersubstrats .
588. Optisches Display, aufweisend eine Vielzahl von Pixelele menten jeweils nach einem der vorherigen Gegenstände.
589. Verfahren zur Herstellung eines optischen Pixelelementes, aufweisend die Schritte:
- Befestigen wenigstens einer m-LED an einer Bestückungsseite eines flächigen Trägersubstrates;
- Erzeugen eines Reflektorelementes; wobei das Reflektorelement als lichtreflektierende Schicht an der wenigstens einen m-LED gebildet ist, sodass von der wenigs tens einen m-LED ausgesendetes Licht in Richtung des Trägersub strats reflektiert wird.
590. Photonische Struktur auf einer optoelektronischen Vorrich tung, insbesondere einer m-LED, umfassend:
ein Satz von Schichten eingeschlossen eine aktive Zone zur Er zeugung elektromagnetischer Strahlung, welche die optoelektro nische Vorrichtung bildet, und
zumindest eine Schicht auf einer Hauptabstrahlfläche, die eine photonische Kristallstruktur aufweist.
591. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach Gegenstand 590, wobei die Schichten des Satzes von Schichten und
die zumindest eine Schicht mit der photonischen Kristallstruk tur aufeinander entlang einer Wachstumsrichtung der Schichten angeordnet sind, und worin die photonische Kristallstruktur eine Periodizität in einer Ebene senkrecht zu der Wachstumsrichtung aufweist .
592. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach Gegenstand 590, bei dem die photonische Kristall struktur erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichem Bre chungsindex aufweist.
593. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei die photonische Struktur in eine erste Richtung eine erste Periodizität und in einer zweiten Richtung eine zweite Periodizität aufweist.
594. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach Gegenstand 593, bei der die erste und die zweite Periodizität gleich ist. 595. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die photo- nische Kristallstruktur sich wenigstens teilweise in eine der Schichten des Satzes von Schichten erstreckt.
596. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Periodi zität zu einer etwa halben spezifischen Wellenlänge korrespon diert, der mit der Wellenlänge der elektromagnetischen Strah- lung, die durch die photonische Kristallstruktur gebeugt werden muss, korrespondierenden Wellenlänge.
597. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Schicht mit der photonischen Kristall Struktur eine dielektrische Schicht ist, die zum Beispiel Siliziumdioxid, Si02, enthält oder daraus besteht, und/oder wobei der Zwischenraum innerhalb der photonischen Kristallstruktur mit einem zweiten Material, das einen Brechungsindex hat, der verschieden ist vom Brechungsin- dex eines ersten Materials, das die photonische Kristallstruk tur formt, gefüllt ist oder daraus besteht.
598. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine Unter- seite der Schicht mit der photonischen Kristallstruktur auf eine obere Oberfläche des Satzes von Schichten angeordnet ist.
599. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach Gegenstand 598, wobei ein Anteil von zumindest einer Schicht des Satzes von Schichten in die Schicht mit der photo nischen Kristallstruktur hineinragt.
600. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach Gegenstand 597 oder 599, wobei die obere Oberfläche des Satzes von Schichten mit einer Oberflächenaufrauhung aus gestattet ist, zum Beispiel einer Wigwam-Oberflächenaufrauhung.
601. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich- tung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die photoni- sche Kristallstruktur in einer Entfernung von der oberen Ober fläche des Satzes von Schichten angeordnet ist.
602. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich- tung nach einem der vorherigen Gegenstände, ferner umfassend eine auf der Schicht mit der photonischen Kristallstruktur an geordnete Spiegelschicht.
603. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich- tung nach einem der vorherigen Gegenstände, ferner umfassend eine Metallspiegelschicht, mit dem Satz von Halbleiterschich ten, der zwischen der Metallspiegelschicht und der Schicht, die die photonische Kristallstruktur enthält, angeordnet ist. 604. Photonische Struktur auf einer optoelektronische Vorrich tung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die opto elektronische Anordnung eine m-LED ist.
605. Optoelektronische Vorrichtung, umfassend:
zumindest eine optoelektronische lichtemittierende Vorrichtung zum Beispiel eine m-LED, wobei die optoelektronische lichtemit tierende Vorrichtung konfiguriert ist, Licht durch zumindest eine lichtemittierende Oberfläche der optoelektronischen licht emittierenden Vorrichtung zu emittieren,
zumindest eine photonische Kristallstruktur, wobei die photo nische Kristallstruktur zwischen der lichtemittierenden Ober fläche der optoelektronischen lichtemittierenden Vorrichtung und einer lichtemittierenden Oberfläche der optoelektronischen Vorrichtung angeordnet ist. 606. Verfahren der Produktion einer optoelektronischen Vorrich tung, insbesondere nach einem der vorherigen Gegenstände, Ver fahren umfassend:
- Aufwachsen eines Satzes von Schichten eingeschlossen eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung,
- Aufwachsen zumindest einer Schicht, die auf der oberen Seite des Satzes von Schichten eine photonische Kristallstruktur auf weist ,
optional zur Verfügung stellen einer Spiegelschicht über der Schicht mit der photonischen Kristallstruktur,
optional zur Verfügung stellen einer Spiegelschicht unter dem Satz von Schichten mit der aktiven Zone,
optional Ausführung eines Ätzverfahrens, wie zum Beispiel eines Mesa Trockenätzverfahrens .
607. Verfahren zur Herstellung einer m-LED, aufweisend ein Erzeugen einer Auskopplungsstruktur in einem Oberflächenbereich eines die aktive Schicht der m-LED bereitstellenden Halbleiter körpers mittels
Strukturierens des Oberflächenbereichs; und
Planarisierens des strukturierten Oberflächenbereichs zum Er halten einer planarisierten Oberfläche des Oberflächenbereichs.
608. Verfahren nach Gegenstand 607, bei dem der Schritt des Strukturierens des Oberflächenbereichs wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst:
- ein Erzeugen einer zufälligen Topologie an dem Oberflächen bereich;
- ein Aufrauen der Oberfläche des Oberflächenbereichs des ein erstes Material aufweisenden Halbleiterkörpers;
- Aufbringen, insbesondere schichtweises Aufbringen eines einen großen Brechungsindex, insbesondere größer 2, aufweisenden transparenten zweiten Materials an dem Oberflächenbereich und Aufrauens des zweiten Materials;
- Erzeugen einer geordneten Topologie an dem Oberflächenbereich; Aufbringen, insbesondere schichtweises Aufbringen eines einen großen Brechungsindex, insbesondere größer 2, aufweisenden transparenten zweiten Materials an dem Oberflächenbereich und Einstrukturieren periodischer photonischer Strukturen oder nicht-periodischer photonischer Strukturen, insbesondere qua siperiodischer oder deterministischer aperiodischer photoni scher Strukturen, in das zweite Material.
609. Verfahren nach Gegenstand 608,
dadurch gekennzeichnet, dass
das transparente zweite Material mit dem großen Brechungsindex Nb205 aufweist.
610. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem der Schritt des Planarisierens umfasst:
Aufbringen, insbesondere schichtweises, Aufbringen eines trans parenten dritten Materials mit kleinem Brechungsindex, insbe sondere kleiner 1,5 an dem strukturieren Oberflächenbereich; und optionales Dünnen des angebrachten transparenten dritten Materials mit kleinem Brechungsindex bis die Oberfläche des strukturierten Oberflächenbereichs eben und/oder glatt mit höchsten Erhebungen im ersten Material des Halbleiterkörpers oder in dem zweiten Material mit großem Brechungsindex ab schließt .
611. Verfahren nach Gegenstand 610, bei dem
das transparente dritte Material mit kleinem Brechungsindex Si02 aufweist, und insbesondere mittels TEOS (Tetraethylorthosili- cat) aufgebracht wird.
612. m-LED, die eine Auskopplungsstruktur in einem Oberflächen bereich eines die m-LED bereitstellenden Halbleiterkörpers um fasst;
bei der der Oberflächenbereich planarisiert ist, so dass ein glatter Oberflächenbereich geschaffen ist. 613. m-LED nach Gegenstand 612, dadurch gekennzeichnet, dass der glatte Oberflächenbereich eben eine Rauigkeit im Bereich kleiner 20 Nanometer, insbesondere kleiner 1 Nanometer, als Mittelrauwert aufweist.
614. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Auskopplungsstruktur ein transparentes drittes Material mit kleinem Brechungsindex, insbesondere Si02, an einem aufgerauten ersten Material des Halbleiters des Bauelements aufweist.
615. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Auskopplungsstruktur ein transparentes drittes Material mit kleinem Brechungsindex, insbesondere Si02, an einem aufgerauten transparenten zweiten Material mit großem Brechungsindex, ins besondere Nb205, aufweist, wobei das zweite Material an einem ersten Material des Halbleiters des Bauelements angebracht ist.
616. m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Auskopplungsstruktur ein transparentes drittes Material mit kleinem Brechungsindex, insbesondere Si02, an einem transparen ten zweiten Material mit großem Brechungsindex aufweist, wobei das zweite Material an einem ersten Material des Halbleiters des Bauelements angebracht ist und periodische photonische Kris talle oder nicht-periodische photonische Strukturen, insbeson dere quasiperiodische oder deterministische aperiodische pho tonische Strukturen aufweist.
617. Konverterelement für ein optoelektronisches Bauelement, das wenigstens eine Schicht mit einem Konvertermaterial auf weist, das bei Anregung durch eine auftreffende Anregungsstrah lung eine konvertierte Strahlung in einen Abstrahlbereich emit tiert ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zumindest bereichs weise eine Struktur, auf der wenigstens abschnittsweise das Konvertermaterial angeordnet ist, aufweist und die derart aus geführt ist, dass die Strahlung als gerichtetes Strahlenbündel in den Abstrahlbereich emittiert wird.
618. Konverterelement nach Gegenstand 617,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur quasiperiodisch oder deterministisch aperiodisch ausgeführt ist.
619. Konverterelement nach Gegenstand 617 oder 618,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht wenigstens einen pho- tonischen Kristall, eine quasiperiodische photonische Struktur oder eine deterministisch aperiodische photonische Struktur aufweist .
620. Konverterelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur wenigstens eine Ver tiefung aufweist, in der sich das Konvertermaterial befindet.
621. Konverterelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine optische Bandlü cke aufweist.
622. Konverterelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine mittlere Dicke von wenigstens 500 nm aufweist.
623. Konverterelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit der Struktur derart ausgeführt ist, dass das gerichtete Strahlenbündel senkrecht zu einer Ebene, in der die Schicht angeordnet ist, emittiert wird.
624. Konverterelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer Seite der Schicht ein optisches Filterelement angeordnet ist. 625. Lichtformende Struktur für ein optoelektronisches Bauele ment, das wenigstens eine Schicht mit einem Konvertermaterial aufweist, das bei Anregung durch eine auftreffende Anregungs strahlung eine konvertierte Strahlung in einen Abstrahlbereich emittiert,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zumindest bereichs weise eine Struktur, auf der wenigstens abschnittsweise das Konvertermaterial angeordnet ist, aufweist und die derart aus geführt ist, dass die Strahlung als gerichtetes Strahlenbündel in den Abstrahlbereich emittiert wird.
626. Lichtformende Struktur nach Gegenstand 625,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur quasiperiodisch oder deterministisch aperiodisch ausgeführt ist.
627. Lichtformende Struktur nach Gegenstand 625 oder 626, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht wenigstens einen pho- tonischen Kristall, eine quasiperiodische photonische Struktur oder eine deterministisch aperiodische photonische Struktur aufweist.
628. Lichtformende Struktur nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur wenigstens eine Ver- tiefung aufweist, in der sich das Konvertermaterial befindet.
629. Lichtformende Struktur nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine optische Bandlü- cke aufweist.
630. Lichtformende Struktur nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine mittlere Dicke von wenigstens 500 nm aufweist. 631. Lichtformende Struktur nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit der Struktur derart ausgeführt ist, dass das gerichtete Strahlenbündel senkrecht zu einer Ebene, in der die Schicht angeordnet ist, emittiert wird.
632. Lichtformende Struktur nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer Seite der Schicht ein optisches Filterelement angeordnet ist.
633. m-LED Anordnung mit einer m-LED und mit einem Konverterele ment nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die m-LED dazu ausgebildet ist, eine Anregungsstrahlung in das Konverterele- ment einzustrahlen, und wobei das Konverterelement wenigstens eine Schicht mit einem Konvertermaterial aufweist.
634. m-LED Anordnung mit einer m-LED und mit einer lichtformen den Struktur nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die m-LED dazu ausgebildet ist, eine Anregungsstrahlung in die lichtformende Struktur einzustrahlen, und wobei die lichtfor mende Struktur wenigstens eine Schicht mit einem Konverterma terial aufweist. 635. Strahlungsquelle nach Gegenstand 633 oder 634,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Teil eines Halb leitersubstrats der m-LED ist.
636. Strahlungsquelle nach einem der Gegenstände 633 bis 635, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Konverterelements oder der lichtformenden Struktur in das Halbleitersubstrat der m-LED ausgebildet ist .
637. Strahlungsquelle nach einem der Gegenstände 633 bis 636, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur mit dem Konverterma terial derart ausgeführt ist, dass die konvertierte Strahlung senkrecht zu einer Ebene, in der das Halbleitersubstrat ange ordnet ist, in den Abstrahlbereich emittiert wird.
638. Strahlungsquelle nach einem der Gegenstände 633 bis 637, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Konverterelements oder der lichtformenden Struktur wenigstens teilweise in einer aktiven Schicht der m-LED angeordnet ist.
639. Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle 6 nach einem der Gegenstände 633 bis 638,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Konverterelements oder der lichtformenden Struktur durch wenigstens einen Ätz schritt in einem Halbleitersubstrat der m-LED ausgebildet wird.
640 Verfahren nach Gegenstand 639,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Konverterelements oder der lichtformenden Struktur wenigstens teilweise mit dem Konvertermaterial gefüllt wird.
641. Optoelektronische Vorrichtung oder m-LED Array, aufwei send :
eine Anordnung mit einer Vielzahl von m-LEDs zur Erzeugung von Licht, das aus einer Lichtaustrittsfläche aus der optoelektro nischen Vorrichtung austritt, und
wenigstens eine photonische Struktur, die zwischen der Licht austrittsfläche und der Vielzahl der m-LEDs angeordnet ist.
642. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 641, bei der die photonische Struktur zur Strahlformung des von den m-LEDs erzeugten Lichts ausgebildet ist, insbesondere derart, dass das Licht zumindest im Wesentlichen senkrecht aus der Lichtaus trittsfläche austritt. 643. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die photonische Struktur einen photonischen Kristall aufweist. 644. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen
Gegenstände, bei der
die Anordnung ein Array ist, bei dem die m-LEDs eine Vielzahl von Pixeln darstellen und in einer Schicht angeordnet sind, und dass ein photonischer Kristall in der Schicht angeordnet oder ausgebildet ist.
645. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung ein Array ist, bei dem die m-LEDs eine Vielzahl von Pixeln darstellen, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und dass ein photonischer Kristall in einer weiteren, zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht zwi schen der ersten Schicht und der Lichtaustrittsfläche liegt. 646. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung eine Vielzahl von m-LEDs aufweist, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und dass ein photonischer Kris tall in der weiteren, zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der Lichtaus trittsfläche liegt.
647. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
jede der m-LEDs eine Rekombinationszone aufweist und der pho tonische Kristall derart nah an den Rekombinationszonen liegt, dass der photonische Kristall eine im Bereich der Rekombinati onszonen vorhandene optische Zustandsdichte verändert, insbe sondere derart, dass eine Bandlücke für wenigstens eine optische Mode mit einer Ausbreitungsrichtung parallel und/oder unter kleinem Winkel zur Lichtaustrittsfläche erzeugt wird.
648. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
der photonische Kristall in Bezug auf eine parallel zur Licht austrittsfläche verlaufende Ebene unabhängig von der Positio nierung der Lichtpunkte angeordnet ist, und/oder
der photonische Kristall ein zweidimensionaler photonischer Kristall ist, welcher in zwei die Ebene aufspannenden, zueinan der senkrechten Raumrichtungen eine periodische Variation des optischen Brechungsindex aufweist.
649. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die photonische Struktur eine Vielzahl von Pillarstrukturen um fasst, die sich zumindest teilweise zwischen der Lichtaustritts fläche und der Vielzahl der m-LEDs erstreckt, wobei jeweils ein Pillar einer m-LED zugeordnet ist und in einer Richtung senk- recht zur Lichtaustrittsfläche betrachtet fluchtend mit dieser ausgerichtet ist.
650. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 649, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ein Array ist, bei dem die m-LEDs eine Vielzahl von Pixeln darstellen, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und dass die Pillars in einer weiteren, zweiten Schicht angeordnet sind, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der Lichtaustrittsfläche liegt.
651. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 649, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung eine Vielzahl von m-LEDs, aufweist, die in einer ersten Schicht angeordnet sind, und dass die Pillars in einer weiteren, zweiten Schicht angeordnet oder ausgebildet sind, wo bei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der Lichtaustrittsfläche liegt. 652. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 649, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung ein Array ist, bei dem die m-LEDs eine Vielzahl von Pixeln darstellen, wobei jeweils ein Pixel von jeweils einem Pillar gebildet ist.
653. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vor richtung,
insbesondere eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegen stände ,
wobei eine Anordnung mit einer Vielzahl von m-LEDs zur Erzeugung von Licht, das aus einer Lichtaustrittsfläche aus der opto elektronischen Vorrichtung austritt, bereitgestellt oder her gestellt wird, und
wenigstens eine photonische Struktur zwischen der Lichtaus- trittsfläche und der Vielzahl der m-LEDs angeordnet wird.
654. m-LED Anordnung mit wenigstens einer m-LED, die über eine Lichtaustrittsfläche Strahlung emittiert, und mit einem Pola risationselement, das wenigstens abschnittsweise an die Licht- austrittsfläche anschließt und eine Polarisation und/oder eine Intensität einer von der m-LED ausgehenden Strahlung bei Durch tritt der Strahlung durch das Polarisationselement ändert, dadurch gekennzeichnet, dass
das Polarisationselement eine photonische Struktur aufweist.
655. m-LED Anordnung nach Gegenstand 654, dadurch gekennzeich net, dass
es sich um eine dreidimensionale photonische Struktur handelt und/oder dass das Polarisationselement in Form einer Schicht ausgeführt ist, die wenigstens bereichsweise auf der Lichtaus trittsfläche angeordnet ist.
656. m-LED Anordnung nach Gegenstand 654 oder 655, bei dem die m-LED eine vertikale m-LED ist mit jeweils einem Anschluss kontakt auf gegenüberliegenden Seiten.
657. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED, die zur Emission von Licht, insbesondere rotes, grü nes, blaues, ultraviolettes, oder infrarotes Licht, ausgebildet ist, welches in das Polarisationselement eingestrahlt wird, und dass das Polarisationselement die Strahlung bei Durchgang durch das Polarisationselement in eine Schwingungsrichtung polari- siert.
658. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
das Polarisationselement spiral- und/oder stäbchenförmige Strukturelemente aufweist.
659. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
die m-LED zumindest ein Konverterelement mit einem Konverter- material aufweist, das angeregt durch von der m-LED ausgehende Anregungsstrahlung eine konvertierte Strahlung emittiert.
660. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
das Polarisationselement wenigstens einen dreidimensionalen photonischen Kristall aufweist.
661. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei das Polarisationselement wenigstens zwei entlang eines Strah lengangs der das Polarisationselement durchdringenden Strahlung hintereinander angeordnete zweidimensionale photonische Kris talle aufweist.
662. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
das Polarisationselement in Abhängigkeit einer Wellenlänge der Strahlung, die durch das Polarisationselement tritt, wenigstens zwei unterschiedliche Polarisationseigenschaften und/oder Transmissionsgrade aufweist.
663. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED ein Konverterelement mit einem Konvertermaterial auf weist, das angeregt durch von der m-LED ausgehenden Anregungs strahlung eine konvertierte Strahlung emittiert, und dass auf das Polarisationselement auftreffende Anregungsstrahlung bei Durchtritt durch das Polarisationselement im Vergleich zu durch- tretender konvertierter Strahlung anders polarisiert und/oder unterschiedlich stark absorbiert wird.
664. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem
eine dreidimensionale Struktur des Polarisationselements we nigstens teilweise in eine an die Lichtaustrittsfläche angren zende Halbleiterschicht der m-LED eingebracht ist.
665. m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei es sich um eine dreidimensionale photonische Struktur handelt und Konvertermaterial in der dreidimensionalen photo- nischen Struktur angeordnet ist. 666. Verfahren zur Herstellung einer m-LED Anordnung mit we nigstens einer m-LED, die über eine Lichtaustrittsfläche Strah lung emittiert, und mit einem Polarisationselement, das wenigs tens abschnittsweise an die Lichtaustrittsfläche anschließt und eine Polarisation und/oder eine Intensität einer von der m-LED ausgehenden Strahlung bei Durchtritt der Strahlung durch das Polarisationselement ändert,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Lichtaustrittsfläche der m-LED als Polarisationselement eine insbesondere dreidimensionale photonische Struktur, ins besondere im Wege der Zwei-Photon-Lithographie oder des Glan- cing-Angle-Deposition, aufgebracht und/oder die photonische Struktur in einer an die Lichtaustrittsfläche anschließenden Halbleiterschicht der m-LED angeordnet wird.
667. Verfahren nach Gegenstand 666, dadurch gekennzeichnet, dass die photonische Struktur in Abhängigkeit der Wellenlänge der von der m-LED emittierten Strahlung dimensioniert wird. 668. Verwendung einer m-LED-Anordnung nach einem der vorherigen
Gegenstände in einer Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensiona ler Bilder.
669. Verwendung einer m-LED-Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 654 bis 665 zur computergestützten Erzeugung dreidimensionaler Bilder für eine Augmented-Reality-Anwendung eingesetzt wird. 670. Optoelektronisches Bauelement, insbesondere m-LED Anord nung umfassend:
wenigstens eine m-LED, welche über eine Lichtaustrittsfläche elektromagnetische Strahlung emittiert, und eine photonische Struktur zur Strahlformung der elektromagne tischen Strahlung, bevor diese über die Lichtaustrittsfläche austritt,
wobei die photonische Struktur die elektromagnetische Strahlung derart formt, dass die elektromagnetische Strahlung ein be stimmtes Fernfeld aufweist.
671. Optoelektronisches Bauelement nach Gegenstand 670, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der photonischen Struktur um eine eindimensionale photonische Struktur, insbesondere einen eindimensionalen pho tonischen Kristall, handelt.
672. Optoelektronisches Bauelement nach Gegenstand 670 oder 671, dadurch gekennzeichnet, dass
die photonische Struktur derart ausgebildet ist, insbesondere als eindimensionaler photonischer Kristall, dass die abge strahlte elektromagnetische Strahlung in einer ersten Raumrich tung zumindest näherungsweise kollimiert ist.
673. Optoelektronisches Bauelement nach Gegenstand 672, dadurch gekennzeichnet, dass
in Hauptabstrahlrichtung gesehen nachgeordnet zur Lichtaus trittsfläche eine kollimierende Optik angeordnet ist, wobei die Optik dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung in einer weiteren, zweiten Raumrichtung (R2), welche orthogonal zu der ersten Raumrichtung verläuft, zu kollimieren.
674. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die, insbesondere als eindimensionaler photonischer Kristall ausgebildete, photonische Struktur derart ausgestaltet ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung der elektromagnetischen Strah lung in einem Winkel zur Normalen der Lichtaustrittsfläche ver- läuft, wobei der Winkel ungleich null Grad ist. 675. Optoelektronisches Bauelement nach Gegenstand 674, dadurch gekennzeichnet, dass
die als eindimensionaler photonischer Kristall ausgebildete photonische Struktur in einer Schicht unterhalb der Lichtaus- trittsfläche angeordnet ist, wobei der eindimensionale photo nische Kristall eine sich in einer ersten Richtung erstreckende, periodisch wiederholende Abfolge von zwei Materialen mit unter schiedlichem optischen Brechungsindex aufweist, wobei die Ma terialien aneinander anstoßende Grenzflächen aufweisen, die nicht orthogonal, sondern geneigt zur Lichtaustrittsfläche ver laufen .
676. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der photonischen Struktur um eine zweidimensionale photonische Struktur, insbesondere einen zweidimensionalen pho tonischen Kristall, handelt.
677. Optoelektronisches Bauelement nach Gegenstand 676, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweidimensionale photonische Struktur derart ausgestaltet ist, dass die elektromagnetische Strahlung ein definiertes, insbesondere ein diskretes, Muster im Fernfeld erzeugt. 678. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen
Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die photonische Struktur in einer Schicht, insbesondere einer Halbleiterschicht, unterhalb der Lichtaustrittsfläche angeord net ist, und/oder
die photonische Struktur in einer Halbleiterschicht der opto elektronischen Emittereinheit ausgebildet ist, und/oder die optoelektronische Emittereinheit eine Schicht mit Konver termaterial umfasst und die photonische Struktur in der Schicht mit Konvertermaterial oder in einer Schicht zwischen der Schicht mit Konvertermaterial und der Lichtaustrittsfläche ausgebildet ist .
679. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der photonischen Struktur, insbesondere anstelle eines photonischen Kristalls, um eine quasiperiodische oder de terministisch aperiodische photonische Struktur handelt.
680. Oberflächentopographie-Erkennungssystem, mit:
einem optoelektronisches Bauelement, die umfasst:
wenigstens eine optoelektronische Emittereinheit, welche über eine Lichtaustrittsfläche elektromagnetische Strahlung emit tiert, und
eine photonische Struktur zur Strahlformung der elektromagne- tischen Strahlung, bevor diese über die Lichtaustrittsfläche austritt,
wobei die photonische Struktur die elektromagnetische Strahlung derart formt, dass die elektromagnetische Strahlung ein be stimmtes Fernfeld aufweist,
wobei es sich bei der photonischen Struktur um eine zweidimen sionale photonische Struktur, insbesondere einen zweidimensio nalen photonischen Kristall, handelt, und
wobei die zweidimensionale photonische Struktur derart ausge staltet ist, dass die elektromagnetische Strahlung ein defi- niertes, insbesondere ein diskretes, Muster im Fernfeld erzeugt, und
wobei das Oberflächentopographie-Erkennungssystem ferner auf weist :
eine Detektionseinheit, insbesondere mit einer Kamera, die zur Erfassung des Musters im Fernfeld ausgebildet ist.
681. Oberflächentopographie-Erkennungssystem nach Gegenstand 680 dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Analyseeinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Verzerrung des Musters in Bezug auf ein vorgegebenes Referenzmuster zu ermitteln. 682. Oberflächentopographie-Erkennungssystem nach Gegenstand
681, dadurch gekennzeichnet, dass
die Analyseeinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Verzerrung eine Form und/oder eine Struktur eines von dem Muster ausgeleuchteten Objekts zu bestimmen.
683. Scanner zum Scannen eines Objekts, umfassend wenigstens ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ge genstände . 684. Lichtleitervorrichtung, wobei sie umfasst:
- eine lichtemittierende Vorrichtung, die zumindest zwei licht emittierende Elemente, insbesondere m-LEDs aufweist, die Licht zweier verschiedener Farben emittieren;
- ein länglicher erster Lichtleiter, um Licht einer ersten Farbe zu leiten und der einen Ausgangsteil aufweist;
- ein länglicher zweiter Lichtleiter, um Licht einer zweiten Farbe zu leiten und der einen Ausgangsteil aufweist;
- ein erstes Einkoppelelement, das benachbart zu dem ersten Lichtleiter angeordnet ist und das konfiguriert ist, das Licht der ersten Farbe in den länglichen ersten Lichtleiter zu re flektieren;
- ein zweites Einkoppelelement, das benachbart zu dem zweiten Lichtleiter angeordnet ist und das konfiguriert ist, das Licht der zweiten Farbe in den länglichen zweiten Lichtleiter zu re- flektieren.
685. Lichtleitervorrichtung nach Gegenstand 684, ferner umfas send : - ein drittes Einkoppelelement, das gegenüber dem zweiten Ein koppelelement und benachbart zu dem länglichen zweiten Licht leiter angebracht ist, wobei das dritte Einkoppelelement kon figuriert ist, um Licht einer dritten Farbe in den länglichen zweiten Lichtleiter zu reflektieren.
686. Lichtleitervorrichtung nach einem der Gegenstände 684 bis 685, wobei das erste Einkoppelelement transparent gegenüber Licht einer von der ersten Farbe verschiedenen Farbe ist.
687. Lichtleitervorrichtung nach Gegenstand 685, wobei das zweite Einkoppelelement transparent gegenüber Licht der dritten Farbe ist. 688. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen stände, wobei das Licht verschiedener Farbe einen Einfallswin kel zwischen 45° und 90° in Bezug auf die Oberfläche des jewei ligen Lichtleiters hat. 689. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen stände, wobei Licht der dritten Farbe eine Wellenlänge hat, die größer ist als das Licht der zweiten Farbe.
690. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen- stände, wobei zumindest eines des ersten und des zweiten Ein koppelelements auf einer Seitenwand des jeweiligen länglichen Lichtleiters angeordnet ist.
691. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen- stände, wobei der erste und der zweite längliche Lichtleiter im
Wesentlichen parallel zueinander sind.
692. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen stände, ferner Abstandselemente umfassend, um den ersten und zweiten länglichen Lichtleiter auf Abstand voneinander zu hal ten .
693. Lichtleitervorrichtung nach einem der vorherigen Gegen- stände, die ferner umfasst:
- ein erstes Auskoppelelement, das auf dem Ausgangsteil des länglichen ersten Lichtleiters angeordnet ist, um Licht der ersten Farbe auszukoppeln;
- ein zweites Auskoppelelement, das auf dem Ausgangsteil des länglichen zweiten Lichtleiters angeordnet ist, um Licht der zweiten Farbe auszukoppeln.
694. Lichtleitervorrichtung nach Gegenstand 693, ferner umfas send :
- ein drittes Auskoppelelement, das auf dem länglichen zweiten Lichtleiter gegenüber dem zweiten Auskoppelelement angeordnet ist, um Licht der dritten Farbe auszukoppeln.
695. Lichtleitervorrichtung nach einem der Gegenstände 693 bis
694, wobei das erste Auskoppelelement transparent für Licht der zweiten und/oder der dritten Farbe ist.
696. Lichtleitervorrichtung nach einem der Gegenstände 693 bis
695, wobei das zweite Auskoppelelement transparent für Licht der dritten Farbe oder das dritte Auskoppelelement transparent für Licht der zweiten Farbe ist.
697. Beleuchtungsanordnung mit einem lichtemittierenden opto elektronischen Element und einer optischen Vorrichtung zur Strahlumwandlung der von dem lichtemittierenden optoelektroni- sehen Element erzeugten elektromagnetischen Strahlung;
wobei das lichtemittierende optoelektronische Element mehrere in Matrixform angeordnete Emissionsbereiche umfasst; und wobei jedem Emissionsbereich eine Hauptstrahlrichtung zugeord net ist; und wenigstens ein Teil der Emissionsbereiche so angeordnet ist, dass die Mittelpunkte der Emissionsbereiche auf einer gekrümm ten Fläche liegen. 698. Beleuchtungsanordnung nach Gegenstand 697, dadurch gekenn zeichnet, dass die gekrümmte Fläche eine konkave Krümmung auf weist .
699. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstrahlrichtungen der Emissionsbereiche zueinander in Winkelstellung stehen.
700. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass Emissionsbereiche mit ei- ner übereinstimmenden Hauptstrahlrichtung vorliegen, die auf verschiedenen Ebenen mit einem unterschiedlichen Abstand in Hauptstrahlrichtung zur optischen Vorrichtung angeordnet sind.
701. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Fläche ein
Kugelsegment bildet, wobei der zugeordnete Kugelmittelpunkt auf der optischen Achse der optischen Vorrichtung liegt,
oder dass die gekrümmte Fläche die Form von wenigstens einem Abschnitt eines rotierten Kegelschnitts, insbesondere eines El- lipsoids, Paraboloids oder Hyperboloids, aufweist.
702. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsbereiche, de ren Mittelpunkte auf der gekrümmten Fläche angeordnet sind, jeweils Lambert Strahler bilden.
703. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Emis- sionsbereiche die Apertur eines einer m-LED zugeordneten Pri märoptikelements oder eines einer m-LED zugeordneten Konver terelements ist. 704. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsbereiche, de ren Mittelpunkte auf einer gekrümmten Fläche liegen, Teil eines monolithischen pixelierten Optochips sind. 705. Beleuchtungsanordnung nach Gegenstand 704, bei dem der monolithischen pixelierten Optochip eine Vielzahl in Reihen und Spalten angeordnete m-LEDs aufweist.
706. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei dem die Emissionsbereiche die Oberfläche einer Aus koppelstruktur darstellt, und diese einen photonischen Kristall oder eine photonische Struktur zur Strahlformung umfasst.
707. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsbereiche, de ren Mittelpunkte auf einer gekrümmten Fläche liegen, auf einem nicht-planaren IC-Substrat angeordneten, separaten m-LEDs zu geordnet sind. 708. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung eine Systemoptik umfasst und zwischen der Systemoptik und den Emissionsbereichen ein gekrümmtes kollimierendes optisches Ele ment oder mehrere nicht-planar angeordnete, kollimierende op- tische Elemente vorliegen.
709. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung eine Systemoptik umfasst, die eine abbildende Projektionsoptik bildet. 710. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem das lichtemittierenden optoelektronischen Ele ment eine Schicht aufweist, welches eine Vielzahl von Ansteue rungselementen, insbesondere von Stromquellen zur individuellen Ansteuerung eines jeden der Emissionsbereiche umfasst.
711. Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungsanordnung mit einem lichtemittierenden optoelektronischen Element und einer optischen Vorrichtung zur Strahlumwandlung der vom lichtemit- tierenden optoelektronischen Element erzeugten elektromagneti schen Strahlung; bei dem
das optoelektronische Element mehrere in Matrixform angeordnete Emissionsbereiche umfasst;
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teil der Emissionsbereiche so angeordnet wird, dass die Mittelpunkte der Emissionsbereiche auf einer gekrümm ten Fläche liegen.
712. Verfahren nach Gegenstand 711, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anlage der Emissionsbereiche separate m-LED auf einem nicht planaren IC-Substrat angeordnet werden.
713. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Emissionsbereiche durch die Apertur einer einer m-LED zugeordneten Primäroptik oder eines einer m-LED zugeordneten Konverterelements gebildet wird
714. Lichtführungsanordnung mit einem m-Display und einer Pro- j ektionsoptik, wobei das m-Display eine Matrix mit Pixeln zur
Emission von sichtbarem Licht aufweist und wobei jedes Pixel mehrere m-LEDs mit spektral unterschiedlicher Lichtemission um fasst; und wobei jedem Pixel eine der Projektionsoptik vorge schaltete, separate Kollimationsoptik zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik so ausgebildet ist, dass im Strahlengang vor der Projektionsoptik vergrößerte und einander überlagernde Zwischenbilder der m-LEDs des jeweiligen Pixels erzeugt werden. 715. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 714, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Kollimationsoptik erzeugten Zwi schenbilder der m-LEDs des jeweiligen Pixels über mindestens 70%, 80% oder 90% ihrer Zwischenbildfläche einander überlappen. 716. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 714 oder 715, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbilder m-LEDs virtu elle Zwischenbilder sind.
717. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik zwi schen den m-LEDs eines Pixels und der Projektionsoptik angeord net ist.
718. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, dadurch gekennzeichnet, dass die m-LEDs eines Pixels nicht mehr als 30 %, besonders bevorzugt nicht mehr als 15 % und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10 % der Pixelfläche belegen . 719. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die m-LEDs als oder farb- konvertierte m-LEDs oder als VCSELs oder als kantenemittierende Laserdioden ausgebildet sind und optional ausgeleuchtete Licht wellenleiterendstücke aufweisen.
720. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik so ausgebildet ist, dass die Gesamtfläche der einander überlappen den Zwischenbilder der m-LEDs des jeweiligen Pixels mindestens 70%, 80% oder 90% der Pixelfläche entspricht. 721. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsoptik ein hologra fisch optisches Element (HOE) und/oder refraktives optisches Element (ROE) und/oder ein diffraktives optisches Element (DOE) umfasst .
722. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände ,
dadurch gekennzeichnet, dass die von der Projektionsoptik aus gesendete Strahlung mittelbar oder unmittelbar auf ein Display gelenkt ist.
723 Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der jedes Pixel eine m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände aufweist.
724. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die jedes Pixel eine m-LED nach einem der vor- herigen Gegenstände umfasst.
725. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch einen horizontal angeordneten Mikrorods nach einem der vorherigen Ge- genstände gebildet sind.
726. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch wenigstens eine Antennenschlitzstruktur nach einem der vorherigen Gegen- stände gebildet ist.
727. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch ein Paar von emittierenden Elementen mit einem dazwischen angeordneten Konvertermaterial nach einem der vorherigen Gegenstände gebil det sind.
728. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils ein Quanten- wellintermixing in einem Randbereich einer aktiven Schicht der m-LED aufweisen, insbesondere ein nach einem der Gegenstände 112 bis 192 erzeugtes Quantenwellintermixing .
729. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der die die Matrix eine lichtformende Struktur, insbesondere einen photonischen Kristall umfasst, die insbeson dere wenigstens teilweise in einem Halbleitermaterial der m- LEDs der Pixel angeordnet ist. 730. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine in einem Substrat angeordnete Ansteuereinheit insbesondere mit Stromtreibern oder Stromquel len nach einem der nachfolgenden Gegenstände, wobei auf dem Substrat das m-display angeordnet und die Pixel elektrisch mit den Stromtreibern oder Stromquellen verbunden sind.
731. Projektionseinheit nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der eine Vielzahl von Pixeln der Matrix jeweils eine Mik rolinse aufweist, die über den m-LEDs angeordnet ist.
732. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der eine Vielzahl von Pixeln der Matrix eine die Pixel begrenzende Reflektionsstruktur, insbesondere mit Merk malen nach einem der vorherigen Gegenstände aufweist, welche die m-LED des Pixels umgibt.
733. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die wenigstens einige Pixel der Matrix eine redundante m-LED aufweisen. 734. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Matrix eine Vielzahl von m-LED Basismodulen oder ein m-Display nach einem der Gegenstände 484 bis 536 auf weist .
735. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Pixel der Matrix eine optoelektronische Vorrichtung oder eine m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 297 bis 340 oder eine m-LED nach einem der Gegenstände 94 bis 111 aufweisen.
736. Verwendung einer Projektionseinheit nach einem der vorhe rigen Gegenstände zur Erzeugung eines Bildes in einer Augmented- Reality-Anzeigeeinheit, einer Virtual-Reality-Anzeigeeinheit und/oder auf einem Head-up-Display .
737. Lichtführungsanordnung, umfassend:
- mindestens einen optoelektronischen Bildgeber, insbesondere ein m-Display zur Erzeugung von mindestens einem ersten Bild und einem zweiten Bild, und
mindestens eine Abbildungsoptik, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Abbild des ersten Bildes mit einer ersten Auflösung auf einen ersten Bereich einer Netzhaut eines Benutzers zu proji zieren und ein zweites Abbild des zweiten Bildes mit einer zweiten Auflösung auf einen anderen, zweiten Bereich der Netz haut zu projizieren, wobei sich die erste Auflösung von der zweiten Auflösung unterscheidet.
738. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 737, dadurch ge- kennzeichnet, dass
der erste Bereich näher am Zentrum der Netzhaut liegt als der zweite Bereich und, dass
die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung ist. 739. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abbildungsoptik eine Strahllenkungseinrichtung aufweist, welche Lichtstrahlen des ersten Bildes auf den ersten Bereich und Lichtstrahlen des zweiten Bildes auf den zweiten Bereich lenkt .
740. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abbildungsoptik mindestens eine Strahlformungseinrichtung aufweist, welche die Lichtstrahlen des ersten Bildes stärker fokussiert als die Lichtstrahlen des zweiten Bildes.
741. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 740,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlformungseinrichtung mindestens ein erstes Strahlfor mungselement und ein zweites Strahlformungselement aufweist, wobei das erste Strahlformungselement die Lichtstrahlen des ersten Bildes und das zweite Strahlformungselement die Licht- strahlen des zweiten Bildes fokussiert.
742. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahllenkungseinrichtung zur Strahllenkung mindestens ei- nen beweglichen und/oder festen Spiegel aufweist.
743. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahllenkungseinrichtung zur Strahllenkung mindestens eine und bevorzugt mindestens zwei Glasfasern aufweist.
744. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und das zweite Bild zeitlich nacheinander dargestellt werden, insbesondere auf demselben Bildgeber. 745. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und das zweite Bild zumindest im Wesentlichen gleich zeitig dargestellt werden, insbesondere auf zumindest zwei un- terschiedlichen Bildgebern.
746. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine optoelektronische Bildgeber durch ein m- Display mit einer Vielzahl von m-LED Anordnungen, insbesondere nach einem der vorherigen Gegenstände oder einem monolithisches pixeliertes Array gebildet wird.
747 Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Bereich den ersten Bereich konzentrisch umschließt.
748 Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der der mindestens eine optoelektronischen Bildge- ber zumindest eine Matrix aus Pixeln aufweist, die durch eine m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände gebildet.
749. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der der mindestens eine optoelektronischen Bildge- ber eine Matrix aus Pixeln aufweist, die durch eine oder mehrere m-LED nach einem der vorherigen Gegenstände gebildet ist.
750. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch einen horizontal angeordneten Mikrorods nach einem der vorherigen Ge genstände gebildet sind, oder bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch wenigstens eine Antennenschlitzstruktur nach ei nem der vorherigen Gegenstände gebildet ist. 751. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch ein Paar von emittierenden Elementen mit einem dazwischen angeordneten Konvertermaterial nach einem der vorherigen Gegenstände gebil- det sind.
752. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils ein Quanten- wellintermixing in einem Randbereich einer aktiven Schicht der m-LED aufweisen, insbesondere ein nach einem der Gegenstände 112 bis 192 erzeugtes Quantenwellintermixing .
753. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine Ansteuerschaltung nach einem der nachfolgenden Gegenstände, welche in einem Substrat implemen tiert ist aus dem das m-Display angeordnet ist.
754. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der das m-Display des mindestens einen optischen Bildgebers eine Matrix mit einer lichtformenden Struktur um fasst, insbesondere einen photonischen Kristall.
755. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 754, bei der die lichtformende Struktur wenigstens teilweise in einem Halb- leitermaterial der m-LEDs der Pixel des mindestens einen opti schen Bildgebers angeordnet ist.
756. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Vielzahl von Pixeln des mindestens einen optischen Bildgebers jeweils eine Mikrolinse aufweist, die über den m-LEDs eines jeden Pixels angeordnet ist.
757. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Vielzahl von Pixeln des mindestens einen optischen Bildgeber die Pixel begrenzende Reflektionsstruktur, insbesondere mit Merkmalen nach einem der vorherigen Gegenstände aufweist, welche die m-LED eines jeden Pixels umgibt.
758. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei dem ein erster und ein zweiter optischer Bildgeber, die jeweils ein m-Display umfassen, welches mit m-LED Anordnun gen, optoelektronischen Bauelementen oder m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände gebildet ist. 759. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die wenigstens einige Pixel der Matrix eine redundante m-LED aufweisen.
760. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der die Matrix eine Vielzahl von m-LED Basismodulen oder ein m-Display nach einem der Gegenstände 484 bis 536 auf weist .
761. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der die Pixel der Matrix eine optoelektronische
Vorrichtung oder eine m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 297 bis 340 oder eine m-LED nach einem der Gegenstände 94 bis 111 aufweisen. 762. Verwendung einer Projektionseinheit nach einem der vorhe rigen Gegenstände zur Erzeugung eines Bildes in einer Augmented- Reality-Anzeigeeinheit, einer Virtual-Reality-Anzeigeeinheit und/oder auf einem Head-up-Display . 763. Lichtführungsanordnung, umfassend:
- mindestens drei m-Displays, die jeweils eine Matrix aus in Zeilen und Spalten angeordneten Pixels mit jeweils mindestens einer m-LED umfassen, die zur Abgabe eines Lichtes einer Haupt wellenlänge ausgebildet sind - eine Projektionseinheit, das in einem Strahlengang eines jeden m-Displays angeordnet ist und ausgestaltet ist, von den m-Dis- plays erzeugte Bilder überlappend auf eine Bildebene projizie ren, wobei die Bildebene insbesondere eine Netzhaut eines Be- trachters ist.
764. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 763, dadurch ge kennzeichnet, dass die Projektionseinheit jeweils eine Linse, oder einen in wenigstens um eine Achse drehbar gelagerten Spie- gel für jedes m-Display umfasst.
765. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem für eine Strahllenkung des Lichtes der Displays auf die Projektionseinheit mindestens eine und Glasfaser auf weist .
766. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine Kollimationsoptik die ausgebildet ist, im Strahlengang vor der Projektionsoptik vergrößerte und einander überlagernde Zwischenbilder der m-LEDs des jeweiligen Pixels zu erzeugen.
767. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Matrix eine Vielzahl von m-LED Basismodulen oder ein m-Display nach einem der Gegenstände 484 bis 536 auf- weist.
768. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Pixel der Matrix eine optoelektronische Vorrichtung oder eine m-LED Anordnung nach einem der Gegenstände 297 bis 340 oder eine m-LED nach einem der Gegenstände 94 bis
111 aufweisen.
769. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels jeweils durch einen horizontal angeordneten Mikrorods oder durch wenigstens eine Antennenschlitzstruktur oder durch ein Paar von emittierenden Elementen mit einem dazwischen angeordneten Konvertermaterial nach einem der vorherigen Gegenstände gebildet sind.
770. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine lichtformende Struktur auf den Pixel eines jeden m-Display, wobei die lichtformende Struktur eine Mikrolinse oder eine photonische Struktur mit Merkmalen nach einem der Gegenstände 607 bis 679 gebildet ist.
771. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die m-LEDs eines Pixels eine reflektierende Seitenfläche, insbesondere nach einem der Gegenstände 297 bis 314 umfasst.
772. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der eine Ansteuerschaltung in einem Substrat vor gesehen ist, dass wenigstens eine Stromtreiberschaltung oder eine Versorgungsschaltung, insbesondere nach einem der nachfol genden Gegenstände zur Versorgung wenigstens eines Pixels um fasst, wobei auf dem Substrat das m-Display angeordnet ist.
773. Lichtführungsanordnung mit
- einem dichroitischen Würfel
- drei m-Displays mit einer Matrix aus in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln, von denen jeweils ein m-Display im Wesent lichen parallel zu einer Seite des dichroitischen Würfels an geordnet ist;
- einer Lichtaustrittsfläche am dichroitischen Würfel.
774. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 773, bei denen die m-Displays mit der Matrix aus in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln eine optoelektronische Vorrichtung oder eine m-LED An ordnung nach einem der Gegenstände 297 bis 340 oder eine m-LED nach einem der Gegenstände 94 bis 111 aufweisen. 75. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei der die Pixel jeweils m-LEDs umfassen, die durch horizontal angeordnete Mikrorods oder durch wenigstens eine An- tennenschlitzstruktur oder durch ein Paar von emittierenden Elementen mit einem dazwischen angeordneten Konvertermaterial nach einem der vorherigen Gegenstände gebildet sind.
776. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine lichtformende Struktur auf den Pixeln eines jeden m-Display, wobei die lichtformende Struktur eine Mikrolinse oder eine photonische Struktur mit Merkmalen nach einem der Gegenstände 607 bis 679 gebildet ist.
777. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei der die m-LEDs eines Pixels eine reflektierende
Seitenfläche, insbesondere nach einem der Gegenstände 297 bis 314 umfassen.
778. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, weiter umfassend eine Kollimationsoptik die ausgebildet ist, im Strahlengang nach dem dichroitischen Würfel vergrößerte und einander überlagernde Zwischenbilder des jeweiligen m-Dis- plays zu erzeugen. 779. Lichtführungsanordnung, bei der die lichtformende Struktur wenigstens teilweise in einem Halbleitermaterial der m-LEDs der Pixel des mindestens einen optischen Bildgebers angeordnet ist.
780. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen- stände, weiter umfassend eine in einem Substrat angeordnete Ansteuereinheit insbesondere mit Stromtreibern oder Stromquel len nach einem der nachfolgenden Gegenstände, wobei auf dem Substrat das m-Display angeordnet und die Pixel elektrisch mit den Stromtreibern oder Stromquellen verbunden sind. 781. System, umfassend:
eine Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, und
eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Bildgebers oder der Ab- bildungsoptik der optoelektronischen Vorrichtung, insbesondere derart, dass projizierte Abbilder eines Frames von Bildern, insbesondere umfassend das erste und zweite Bild, auf der Netz haut ein zusammenhängendes Gesamtbild ergeben. 782. System nach Gegenstand 781, bei dem Sicherungselemente elektrisch mit wenigstens einigen der m-LEDs oder Pixeln der Displays gekoppelt sind, wobei die wenigstens einigen der m- LEDs oder Pixeln redundante Elemente bilden und die Sicherungs elemente die redundanten Elemente aktivieren oder bei einem nicht-Benötigen deaktivieren.
783. System nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Stromtreiber, oder Steuereinheiten mit Merkmalen nach einem der nachfolgenden Gegenstände vorgesehen sind.
784. System nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Steuereinheit in einem Substrat implementiert ist, auf dem das m-Display angeordnet und elektrisch mit der Steuereinheit ver bunden ist.
785. Lichtfelddisplay umfassend:
eine Optoelektronikvorrichtung, insbesondere ein m-Display zur Erzeugung eines Rasterbilds;
ein Optikmodul, für eine direkte Netzhautprojektion des Raster- bilds in ein Benutzerauge;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Optoelektronikvorrichtung eine ein erstes Rasterteilbild erzeugende erste bildgebende Einheit und eine ein zweites Ras terteilbild erzeugende zweite bildgebende Einheit aufweist; wobei das Rasterbild das erste Rasterteilbild und das zweite Rasterteilbild umfasst; und
das Optikmodul eine Verstelloptik für die Netzhautprojektion des zweiten Rasterteilbilds auf die Fovea centralis im Betrach terauge umfasst; und
wobei die Netzhautprojektion des zweiten Rasterteilbilds eine höhere Auflösung als die des ersten Rasterteilbilds aufweist.
786. Lichtfelddisplay nach Gegenstand 785, dadurch gekennzeich net, dass die Verstelloptik so ausgebildet ist, dass die Rela tivlage der Netzhautprojektion des zweiten Rasterteilbilds ge genüber der Netzhautprojektion des ersten Rasterteilbilds ein stellbar ist.
787. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzhautprojektion des zweiten Rasterteilbilds im Benutzerauge eine kleinere Ortsausdehnung als die Netzhautprojektion des ersten Rasterteilbilds aufweist.
788. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelloptik ein schaltbares Bragg-Gitter umfasst.
789. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelloptik eine verstell bare Alvarez-Linsenanordnung umfasst.
790. Lichtfelddisplay nach Gegenstand 789, dadurch gekennzeich net, dass die Verstelloptik eine Moire-Linsenanordnung umfasst.
791. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimationsoptik im Strah lengang der ersten bildgebenden Einheit und/oder der zweiten bildgebenden Einheit angeordnet ist. 792. Lichtfelddisplay nach Gegenstand 791, dadurch gekennzeich net, dass die Verstelloptik wenigstens zum Teil in der Kolli mationsoptik angeordnet ist. 793. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelloptik wenigstens zum Teil zwischen der Kollimationsoptik und einem Wellenleiter an geordnet ist.
794. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelloptik wenigstens zum
Teil in einem Wellenleiter angeordnet ist.
795. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bildgebende Einheit und/oder die zweite bildgebende Einheit ein m-LED Array mit einer Vielzahl von m-LEDs umfasst.
796. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bildgebende Einheit und/oder die zweite bildgebende Einheit eine Matrix aus einer Vielzahl von m-LED Basismodulen oder ein m-Display nach einem der Gegenstände 484 bis 536 aufweist.
797. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bildgebende Einheit und/oder die zweite bildgebende Einheit eine Matrix aus in Zei len und Spalten angeordneten optoelektronische Vorrichtung oder m-LED Anordnungen nach einem der Gegenstände 297 bis 340 oder m-LEDs nach einem der Gegenstände 94 bis 111 aufweisen.
798. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bildgebende Ein heit und/oder die zweite bildgebende Einheit eine Matrix mit einer lichtformenden Struktur umfasst, wobei die lichtformende Struktur eine Mikrolinse oder eine photonische Struktur insbe sondere mit Merkmalen nach einem der Gegenstände 607 bis 679 ist . 799. Lichtführungsanordnung nach Gegenstand 798, bei der die lichtformende Struktur wenigstens teilweise in einem Halb leitermaterial der m-LEDs der Pixel des mindestens einen opti schen Bildgebers angeordnet ist. 800. Lichtführungsanordnung nach einem der vorherigen Gegen stände, weiter umfassend eine Ansteuerschaltung nach einem der nachfolgenden Gegenstände, welche in einem Substrat implemen tiert ist aus dem das m-Display angeordnet ist. 801. Lichtfelddisplay nach einem der Gegenstände 795 bis 800, dadurch gekennzeichnet, dass die m-LEDs Anordnungen, bei der die m-LEDs eines Pixels eine reflektierende Seitenfläche, ins besondere nach einem der Gegenstände 297 bis 314 umfasst. 802. Lichtfelddisplay nach einem der Gegenstände 795 bis 801, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der m-LEDs An ordnungen oder m-LEDs redundante Elemente bilden, die von be nachbarten m-LEDs Anordnungen oder m-LEDs durch elektrisch iso lierende aber optisch übersprechende Elemente getrennt sind.
803. Lichtfelddisplay nach einem der Gegenstände 795 bis 802, dadurch gekennzeichnet, dass die m-LEDs Anordnungen je nach Farbe unterschiedlich groß ausgestaltet sind, oder dass eine gesamte Fläche der m-LED Anordnungen oder m-LEDs eines Pixels kleiner als die Fläche des Pixels, insbesondere nur 50 % bis 70 % der Fläche des Pixels beträgt.
804. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfelddisplay eine Messein- richtung zur Bestimmung der Lage der Fovea centralis umfasst. 805. Lichtfelddisplay nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtfelddisplay eine Augen bewegungsdetektionseinrichtung und eine Regelungseinrichtung zur dynamischen Nachführung der Verstelloptik für die Netzhaut- projektion des zweiten Rasterteilbilds auf die Fovea centralis umfasst .
806. Verfahren zum Betrieb eines Lichtfelddisplays nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rasterteilbild auf die Netzhaut eines Benutzers und ein zweites Rasterteilbild, das eine höhere Auflösung als die des ersten Rasterteilbilds aufweist, zumindest auf die Fovea centra lis im Benutzerauge abgebildet werden. 807. Pixelarray, insbesondere für ein Display in Polarkoordi naten, umfassend:
- eine Vielzahl von Pixelelementen, die von einem Anfangspunkt ausgehend auf einer Achse durch den Anfangspunkt in wenigstens einer Zeile angeordnet sind, wobei
- die erste Vielzahl von Pixelelementen in Draufsicht eine Länge und eine variable Breite aufweisen derart, dass die Breite der Pixelelemente ausgehend vom Anfangspunkt hinweg im Wesentlichen zunimmt . 808. Pixelarray nach Gegenstand 807 bei dem der Anfangspunkt einen zentralen Mittelpunkt bildet und die Vielzahl von Pi xelelementen symmetrisch um den Mittelpunkt entlang der Achse in einer Zeile angeordnet sind. 809. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem je zwei benachbarte Pixelelemente der Vielzahl von Pixelelemen ten wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweisen:
- gleich große Leuchtflächen, deren Abstand zueinander mit wach sendem Abstand vom Anfangspunkt zunimmt; - Leuchtflächen, die entsprechender zunehmenden Breite der Pi xel größer werden; oder
- eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten. 810. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Vielzahl von Pixelelementen eine variable Länge aufweisen derart, dass die Länge der Pixelelemente mit zunehmenden Abstand vom Anfangspunkt hinweg zunimmt.
811. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem zwei benachbarte Subpixel der Vielzahl von Pixeln unterschied liche Farben aufweisen.
812. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Vielzahl von Pixelelementen wenigstens drei unterschiedli- che Farben aufweisen, wobei die Anzahl von Pixeln der jeweiligen Farbe unterschiedlich sind.
813. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine erste Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in einer ers- ten Zeile und eine zweite Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in wenigstens einer zweiten Zeile angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Anzahl der Pixelelemente im Betrieb eine unterschiedliche Farbe aufweisen. 814. Pixelarray nach Gegenstand 813, bei dem Pixel in jeder der wenigstens zwei Zeilen im Betrieb unterschiedliche Farben auf weisen, wobei die Pixel so angeordnet sind, dass das n-te Pixel einer ersten Zeile gegenüber einem n-ten Pixel der wenigstens einen zweiten Zeile eine unterschiedliche Farbe aufweist.
815. Pixelarray nach Gegenstand 813, bei dem wenigstens drei Zeilen von Pixelelementen angeordnet sind, deren Farbe im Be trieb unterschiedlich sind. 816. Pixelarray nach einem der Gegenstände 813 bis 815, bei dem die erste Zeile entlang einer ersten Achse und die wenigstens eine zweite Zeile entlang einer zur ersten Achse unterschied lichen zweiten Achse durch einen gemeinsamen Mittelpunkt ver- läuft .
817. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die erste Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in der ersten Zeile unterschiedlich zu der zweiten Anzahl der Vielzahl von Pixelelementen in der wenigstens einen zweiten Zeile ist.
818. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem wenigstens einige Pixel der ersten und wenigstens einen zweiten Zeile die gleiche Breite aufweisen und ab einem n-ten Pixel der ersten Zeile die Breite unterschiedlich zu der Breite des n-ten Pixels der wenigstens einen zweiten Zeile ist.
819. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die erste Zeile und die wenigstens eine zweite Zeile Pixel unterschiedlicher Farben umfassen, sowie entlang der Achse und ausgehend vom Anfangspunkt angeordnet sind.
820. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Zeile mit der größten Anzahl an Pixeln bevorzugt ein Pixel in einer grünen Farbe umfasst.
821. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei ab einem n-ten Pixel der ersten Zeile die Breite benachbarter Pixel in der ersten Zeile kleiner ist als die ab dem n-ten Pixel in der wenigstens einen zweiten Zeile.
822. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem eine Anzahl der Vielzahl von Pixeln der Farbe Grün größer ist als eine Anzahl von Pixeln der anderen Farben. 823. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Vielzahl von Pixelelementen in der wenigstens einen Zeile durch ein monolithisch geformtes pixeliertes Array aus m-LEDs gebildet sind.
824. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem wenigstens einige der Vielzahl von Pixelelementen in der we nigstens einen Zeile durch transferierte m-LEDs gebildet sind.
825. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LEDs jeweils einen horizontal ausgerichteten und auf einem
Substrat kontaktierten Mikrorod umfassen, insbesondere nach ei nem der Gegenstände 70 bis 94.
826. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LEDs, bei dem die m-LEDs jeweils ein Paar von beabstan- deten lichtemittierenden Elementen mit einem dazwischen ange ordneten Konvertermaterial umfassen, insbesondere nach einem der Gegenstände 31 bis 69. 827. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LEDs nach einem Verfahren nach einem der vorherigen Ge genstände, insbesondere nach einem der Gegenstände 1 bis 347 hergestellt wurden oder m-LEDs nach einem dieser Gegenstände umfassen .
828. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem zumindest einigen m-LEDs redundanten m-LEDs gleicher Farbe zu geordnet sind, wobei zumindest einer der m-LEDs und der redun danten m-LEDs ein Sicherungselement zugeordnet ist.
829. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LEDs aus m-LED Modulen zusammengesetzt ist, wobei jedes Modul mindestens ein Basismodul nach einem der vorherigen Ge- genstände, insbesondere nach den Gegenständen 484 bis 505 auf weist, und die Anzahl der Basismodule pro m-LED Modul nach außen hin zunimmt . 830. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Pixelelemente eine lichtformende Struktur, insbesondere eine reflektierende, eine Mikrolinse oder einen photonischen Kristall aufweisen. 831. Pixelarray nach einem der vorherigen Gegenstände umfassend ein Substrat auf dem die Pixelzeile angeordnet ist, wobei das Substrat eine Versorgungsschaltung oder Treiberschaltung nach einem der nachfolgenden Gegenstände aufweist. 832. Pixelmatrix mit wenigstens zwei Pixelarrays nach einem der vorherigen Gegenstände, insbesondere für ein Display in Polar koordinaten, bei dem die wenigstens zwei Pixelarrays einen ge meinsamen Mittelpunkt haben und einen Winkel einschließen, der im Wesentlichen 360° dividiert durch die doppelte Anzahl der wenigstens zwei Pixelarrays entspricht.
833. Pixelmatrix nach Gegenstand 832, bei dem drei Pixelarrays vorgesehen sind, welche jeweils eine unterschiedliche Farbe aufweisen .
834. Displayanordnung in Polarkoordinaten mit einem Pixelarray oder einer Pixelmatrix nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
- ein optisches System mit wenigstens einem um zwei Achsen beweglichen Spiegel, der in einer Hauptabstrahlrichtung des Pi xelarrays oder der Pixelmatrix angeordnet ist und ausgeführt ist, abgestrahltes Licht aus der in Zeile angeordneten Pixeln um einen zum dem Anfangspunkt korrespondierenden Punkt rotieren zu lassen. 835. Verfahren zum Betreiben eines Pixelarrays oder einer Pi xelmatrix nach einem der vorherigen Gegenstände, mit den Schrit ten;
- Erzeugen einer ersten Lichtzeile mit der Vielzahl in einer Zeile angeordneter Pixelelementen;
- Führen der ersten Lichtzeile an einen Zielort;
- Erzeugen einer zweiten Lichtzeile;
- Rotieren der zweiten Lichtzeile um einen bestimmten Winkel und einen Rotationspunkt, der dem Anfangspunkt der in Zeile angeordneten Pixelelemente entspricht;
- Führen der zweiten Lichtzeile an den Zielort.
836. Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung einer m-LED Pi xelzelle, insbesondere mit NMOS Technologie geschaffen, aufwei- send:
- eine Datensignalleitung, eine Schwellenwertleitung und eine AuswählSignalleitung;
- eine m-LED, das elektrisch in Serie zu einem Dual-Gate Tran sistor und zusammen mit diesem zwischen einem ersten und zweiten Potentialanschluss angeschlossen ist;
- wobei der Dual-Gate Transistor mit seinen Stromleitungskon takten zwischen einem Anschluss der m-LED und einem Potential anschluss angeordnet ist und ein erstes Steuergate des Dual- Gate Transistors mit der Schwellenwertleitung verbunden ist; - eine Auswahlhalteschaltung mit einem Ladungsspeicher, der mit einem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit einem Stromleitungskontakt des Dual-Gate Transistors gekoppelt ist sowie mit einem Steuertransistor, dessen Steueranschluss mit der Auswahlsignalleitung verbunden ist.
837. Vorrichtung nach Gegenstand 836,
wobei der Dual-Gate-Transistor einen Backgate-Transistor um fasst, bei dem das Backgate das erste Steuergate bildet. 838. Vorrichtung nach Gegenstand 836 oder 837, wobei das erste Steuergate des Dual-Gate Transistors zur Einstellung einer Schwellenspannung ausgeführt ist. 839. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der der Dual-Gate Transistor einen Thin-film Transistor mit zwei gegenüberliegenden Steuergates aufweist.
840. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, die derart ausgeführt ist, dass im Betrieb ein Schaltsignal (PWM-Signal) auf der Schwellenwertleitung anliegt.
841. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der ein erster Anschluss der m-LED an den ersten Potentialanschluss angeschlossen ist; und bei dem der Dual-Gate Transistor, mit seinen Stromleitungskontakten zwischen einem zweiten Anschluss der m-LED und dem zweiten Potentialanschluss angeordnet ist; und der Ladungsspeicher, mit dem zweiten Steuergate des Dual- Gate Transistors sowie mit dem zweiten Anschluss des optoelekt- ronischen Bauelements verbunden ist.
842. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der der erste Anschluss der m-LED an einen zweiten Stromleitungs kontakt des Dual-Gate Transistors und deren zweiter Anschluss an den zweiten Potentialanschluss angeschlossen ist;
der Dual-Gate Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwi schen einem ersten Anschluss der m-LED und dem ersten Potenti alanschluss angeordnet ist;
der Ladungsspeicher mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem ersten Potentialanschluss verbunden ist .
843. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der - der erste Anschluss der m-LED an den ersten Potentialanschluss angeschlossen ist; - der Dual-Gate Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwischen einem zweiten Anschluss der m-LED und dem zweiten Po tentialanschluss angeordnet ist;
- der Ladungsspeicher mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem zweiten Potentialanschluss verbunden ist .
844. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die Auswahlhalteschaltung einen weiteren Steuertransistor um- fasst.
845. Vorrichtung nach Gegenstand 844, bei der der weitere Steu ertransistor parallel zu der m-LED verschaltet ist und dessen Steueranschluss mit der Auswahlsignalleitung verbunden ist.
846. Vorrichtung nach Gegenstand 845, bei
der der Dual-Gate Transistor lediglich als ein Transistor mit einem Gate ausgebildet ist, das das zweite Steuergate bereit stellt .
847. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der der Ladungsspeicher mit dem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit dem ersten Potentialanschluss verbunden ist, und weiter umfassend:
eine Temperaturkompensationsschaltung mit einer Gegenkopplung basierend auf der Erfassung einer Vorwärtsspannung durch die m- LED, wobei die Temperaturkompensationsschaltung ausgangsseitig zur Abgabe eines Signals auf der Schwellenwertleitung ausgeführt ist .
848. Vorrichtung nach Gegenstand 847, bei der
die Temperaturkompensationsschaltung eine Steuerstrecke um fasst, die parallel zu dem Dual-Gate Transistor angeordnet ist, und zwei in Reihe geschaltete Strecken aufweist. 849. Vorrichtung nach Gegenstand 847, bei der
von einem Knoten zwischen den beiden gesteuerten mittels eines dritten Steuertransistors und eines vierten Steuertransistors bereitgestellten Strecken die Schwellenwertleitung an das erste Steuergate des Dual-Gate Transistors angeschlossen ist.
850. Vorrichtung nach Gegenstand 849, bei der
der Steueranschluss des vierten Steuertransistors mit dem zwei ten Potentialanschluss verbunden ist.
851. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 847 bis 850, bei der
die Temperaturkompensationsschaltung einen zweiten Ladungsspei cher umfasst, der an einen Steueranschluss eines eine der beiden Strecken bereitstellenden Steuertransistoren und an den ersten Potentialanschluss angeschlossen ist.
852. Vorrichtung nach Gegenstand 851, bei der
eine zweite Datensignalleitung zur Programmierung eines Gegen- kopplungsfaktors ausgestaltet ist, die mit dem zweiten Ladungs speicher und dem dritten Steuertransistor gekoppelt ist.
853. Vorrichtung nach Gegenstand 852, bei der
die Kopplung über einen mittels einer zweiten Auswahlsignallei- tung angesteuerten fünften Steuertransistor geschaffen ist.
854. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 847 bis 850, bei der die Temperaturkompensationsschaltung über ihren dritten Steuertransistor mit dem zweiten Potentialanschluss verbunden ist.
855. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 847 bis 850, bei der parallel zur m-LED ein fünfter Steuertransistor angeschlossen ist, an dessen Steueranschluss im Betrieb ein Schaltsignal (PWM- Signal) anliegt. 856. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Transistoren als Feldeffekttransistoren in NMOS-Technologie ausgeführt sind.
857. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei über die Auswahlhalteschaltung ein analoges Datenansteuersignal zur Farbsteuerung der m-LED mittels des Auswahlsignals an die m-LED angelegt wird, und mit tels eines eingekoppelten Pulsweitenmodulationssignals eine Helligkeitssteuerung der m-LED erfolgt.
858. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Gegenstände 836 bis 856 zum Betreiben einer m-LED oder m-LED Anordnung oder eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorherigen Gegenstände .
859. Treiberschaltung zum Antreiben einer Vielzahl von opto elektronischen Elementen, umfassend:
eine Vielzahl von ersten Speicherzellen, die jeweils einen Setz eingang, einen Rücksetzeingang und einen Ausgang umfassen, wobei jede erste Speicherzelle an dem Ausgang durch ein Setz signal an dem Setzeingang in einen ersten Zustand getriggert wird und den ersten Zustand hält, bis sie an dem Rücksetzeingang auf einen zweiten Zustand zurückgesetzt wird, und
wobei der Ausgang jeder ersten Speicherzelle konfiguriert ist, um ein jeweiliges der optoelektronischen Elemente zu steuern.
860. Treiberschaltung nach Gegenstand 859, wobei jede erste Speicherzelle ein Pulsbreitenmodulationssignal, PWM-Signal, an dem Ausgang bereitstellt und das PWM-Signal einen Schalter steu ert, der konfiguriert ist, um einen Strom durch das jeweilige optoelektronische Element ein- und auszuschalten. 861. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei jede erste Speicherzelle zwei kreuzgekoppelte NOR-Gatter oder zwei kreuzgekoppelte NAND-Gatter umfasst.
862. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei jede erste Speicherzelle einen NMOS-Transistor und einen
PMOS-Transistor, die in Reihe geschaltet sind, und einen Inver ter mit einem Eingang, der zwischen den NMOS-Transistor und den PMOS-Transistor geschaltet ist, und einem Ausgang, der mit den Gattern der NMOS- und PMOS-Transistoren verbunden ist, umfasst.
863. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, ferner umfassend eine Vielzahl von Zählern, die jeweils konfi guriert sind, um ein Setzsignal zu aktivieren, wenn ein Daten wert in den jeweiligen Zähler geladen wird, und um ein Rück- setzsignal zu aktivieren, wenn der jeweilige Zähler den gela denen Datenwert erreicht.
864. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, ferner umfassend einen gemeinsamen Zähler, der konfiguriert ist, um ein gemeinsames Dimmsignal für die Vielzahl von optoelekt ronischen Elementen zu erzeugen.
865. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, ferner umfassend eine Vielzahl von zweiten Speicherzellen, wo- bei jede zweite Speicherzelle mit einer jeweiligen der ersten Speicherzellen gekoppelt und konfiguriert ist, um ein Ausgangs signal der jeweiligen ersten Speicherzelle bei Bedarf außer Kraft zu setzen, um das jeweilige optoelektronische Element ausgeschaltet zu lassen. 866. Optoelektronische Vorrichtung, umfassend:
eine Vielzahl von optoelektronischen Elementen, insbesondere m- LEDs oder m-LED Anordnungen nach einem der vorherigen Gegen stände, und
eine Treiberschaltung zum Antreiben der Vielzahl von optoelekt ronischen Elementen nach einem der vorherigen Gegenstände.
867. Optoelektronische Vorrichtung nach Gegenstand 866, wobei die optoelektronischen Elemente m-LEDs sind.
868. Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Vorrich tung nach Gegenstand 866, umfassend die folgenden Schritte, die in der spezifizierten Reihenfolge während eines Rahmens ausge führt werden:
- Ausschalten aller optoelektronischen Elemente;
- Steuern der optoelektronischen Elemente, die während des Rah mens mittels der zweiten Speicherzellen dunkel werden; und
- Steuern des Stroms durch die optoelektronischen Elemente mit tels der ersten Speicherzellen.
869. Verfahren nach Gegenstand 868, wobei eine gemeinsame Dim- mung der optoelektronischen Elemente durchgeführt wird, bevor der Strom durch die optoelektronischen Elemente mittels der ersten Speicherzellen gesteuert wird.
870. Steuerungsschaltung zur Einstellung einer Helligkeit we nigstens einer m-LED, umfassend ein Stromtreiberelement mit
- einem Steueranschluss, dessen erster Anschluss an ein erstes Potential angeschlossen ist;
- einem Ladungsspeicher, der zwischen Steueranschluss und dem ersten Potential geschaltet ist und mit einer definierten Ka pazität zwischen Steueranschluss und erstem Anschluss einen ka pazitiven Spannungsteiler bildet;
- ein Steuerelement, das ausgeführt ist, ein Steuersignal wäh- rend einer ersten Zeitspanne an den Steueranschluss zu legen, auf dessen Grundlage ein durch die wenigstens eine m-LED flie ßender Strom während des ersten Zeitraums einstellbar ist; wobei während einer der ersten Zeitspanne nachfolgenden zweiten Zeitspanne ein durch die m-LED fließender Strom durch ein re- duziertes Steuersignal festgelegt ist, das durch das Steuersig nal während der ersten Zeitspanne und des kapazitiven Span nungsteilers gebildet wird; und
das Steuerelement eingerichtet ist, während der ersten Zeit spanne ein erstes oder ein zweites Steuersignal bereitzustel- len, um die m-LED auf wenigstens zwei unterschiedlichen Hellig keitsniveaus zu betreiben.
871. Steuerungsschaltung nach Gegenstand 870, bei dem das Strom treiberelement einen Feldeffekttransistor umfasst, dessen Gate den Steueranschluss bildet und die definierte Kapazität eine durch Design vorgegeben Gate-Source Kapazität ist.
872. Steuerungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem sich das während der zweiten Zeitspanne am Steueran- Schluss anliegende reduzierte Steuersignal aus dem Steuersignal während der ersten Zeitspanne und dem Verhältnis aus einer Ka pazität des Ladungsspeichers und der Summe aus der der Kapazität des Ladungsspeichers und der definierten Kapazität ergibt. 873. Steuerungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuerelement eingerichtet ist, die erste und zweite Zeit spanne mit einer Wiederholfrequenz von 60 Hz oder mehr zu be treiben .
874. Steuerungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Steuerelement einen Steuertransistor umfasst, an dessen Steueranschluss mittels eines Signals die erste und zweite Zeitspanne einstellbar ist. 875. Steuerungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der ein Verhältnis der zweiten Zeitspanne zur ersten Zeit spanne im Bereich von 300:1 bis 100:1, insbesondere im Bereich von 100:1 liegt.
876. Steuerungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände, ausgeführt, die m-LED auf einem ersten, dunkleren Helligkeits niveau zu betreiben, wenn eine Spannung des ersten Steuersignals innerhalb eines ersten Spannungsintervalls liegt, und die m-LED auf wenigstens einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau zu be treiben, wenn eine Spannung des zweiten Steuersignals innerhalb eines zweiten Spannungsintervalls liegt, das zumindest teil weise oberhalb des ersten Spannungsintervalls liegt. 877. Steuerungsschaltung nach Gegenstand 876, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste Spannungsintervall im Bereich von 1,3 V bis 4,5 V liegt.
878. Steuerungsschaltung nach Gegenstand 876 oder 877, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Spannungsintervall im Bereich von 4,0 V bis 10,0 V aufweist.
879. Verfahren zur Einstellung einer Helligkeit wenigstens ei ner m-LED, die an ein Stromtreiberelement mit einem Steueran- Schluss verbunden ist, dessen erster Anschluss an ein erstes Potential angeschlossen ist und bei dem ein Ladungsspeicher zwischen Steueranschluss und dem ersten Potential geschaltet ist, so dass dieser mit einer definierten Kapazität zwischen Steueranschluss und erstem Anschluss einen kapazitiven Span- nungsteiler bildet, umfassend die Schritte:
- Anlegen eines Steuersignals an den Steueranschluss während einer ersten Zeitspanne, wodurch ein durch die wenigstens eine m-LED fließende Strom während des ersten Zeitraums eingestellt wird; und - Abschalten des Steuersignals während einer der ersten Zeit spanne nachfolgenden zweiten Zeitspanne, wodurch der durch die m-LED fließende Strom durch ein reduziertes Steuersignal ein gestellt wird, das durch das Steuersignal während der ersten Zeitspanne und des kapazitiven Spannungsteilers gebildet wird.
880. Verfahren nach Gegenstand 879, bei dem sich das während der zweiten Zeitspanne am Steueranschluss anliegende reduzierte Steuersignal aus dem Steuersignal während der ersten Zeitspanne aus dem Verhältnis aus einer Kapazität des Ladungsspeichers und der Summe aus der der Kapazität des Ladungsspeichers und der definierten Kapazität ergibt
881. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der ein Verhältnis der zweiten Zeitspanne zur ersten Zeitspanne im
Bereich von 300:1 bis 100:1, insbesondere im Bereich von 100:1 liegt .
882. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die m-LED auf einem ersten, dunkleren Helligkeitsniveau betrie ben wird, wenn eine Spannung des ersten Steuersignals innerhalb eines ersten Spannungsintervalls liegt, und die m-LED auf we nigstens einem zweiten, helleren Helligkeitsniveau betrieben wird, wenn eine Spannung zweiten Spannungssignals innerhalb ei- nes zweiten Spannungsintervalls liegt, das zumindest teilweise oberhalb des ersten Spannungsintervalls liegt.
883. Verfahren nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das Steuersignal aus einem digitalen Steuerwort mit einer Anzahl n Bits abgeleitet ist, wobei die n Bits dem zweiten Steuersignal entsprechen und die least signifikant m-Bits dem ersten Steu ersignal entsprechen.
884. Verwendung einer Steuerungsschaltung nach einem der vor- herigen Gegenstände für eine Ansteuerung einer m-LED, m-LED Anordnung oder eines m-LED Moduls nach einem der vorherigen Gegenstände .
885. Versorgungsschaltung, umfassend:
- einen Fehlerkorrekturdetektor mit einem Referenzsignalein gang, einem Fehlersignaleingang sowie einem Korrektursignalaus gang;
- eine regelbare Stromquelle mit Stromausgang und einem Kon- trollsignalanschluss , wobei der Kontrollsignalanschluss mit dem Korrektursignalausgang unter Bildung einer Regelschleife für die steuerbare Stromquelle verbunden ist, wobei die Stromquelle ausgeführt ist, einen Strom am Stromausgang in Abhängigkeit eines Signals am Kontrollsignalanschluss bereitzustellen;
- eine Ersatzquelle mit einem Ausgang, die ausgeführt ist, ein Ersatzsignal bereitzustellen;
- eine Schaltvorrichtung, die ausgeführt ist, in Abhängigkeit eines Schaltsignals entweder ein von dem Strom am Stromausgang abgeleitetes Signal oder das Ersatzsignal dem Fehlersignalein gang bei zusätzlicher Trennung des Stromausgangs der Stromquelle zuzuführen.
886. Versorgungsschaltung nach Gegenstand 885, bei dem das Er satzsignal im Wesentlichen dem vom Stromsignal abgeleiteten Signal entspricht.
887. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die regelbare Stromquelle einen Stromspiegel mit einem schaltbaren Ausgangszweig umfasst, der mit dem Strom ausgang verbunden ist.
888. Versorgungsschaltung nach Gegenstand 887, bei dem der Aus gangszweig einen Ausgangstransistor aufweist, dessen Steueran schluss über die Schaltvorrichtung in Abhängigkeit eines Schalt signals mit einem festen Potential zur Öffnung des Transistors verbunden ist. 889. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die regelbare Stromquelle einen Eingangszweig umfasst, dem ein Referenzstrom zuführbar ist und der einen Kno ten aufweist, welcher mit dem Referenzsignaleingang des Fehler- korrekturdetektors verbunden ist.
890. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die regelbare Stromquelle einen Stromspiegel umfasst, wobei der Kontrollsignalanschluss mit dem Steueran- Schluss eines Ausgangstransistors des Stromspiegels verbunden ist .
891. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem der Fehlerkorrekturdetektor einen Differenzver- stärker umfasst, dessen beiden Zweige über einen Stromspiegel miteinander an ein Versorgungspotential angeschlossen sind.
892. Versorgungsschaltung nach Gegenstand 891, bei dem die bei den Zweige des Differenzverstärkers jeweils einen Eingangstran- sistor umfassen, welche unterschiedliche geometrische Parameter aufweisen .
893. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die Ersatzquelle ein mit dem Ausgang gekoppeltes Element zur Spannungserzeugung aufweist, so dass das Ersatzsig nal im Wesentlichen dem vom Stromsignal abgeleiteten Signal entspricht .
894. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen- stände, bei dem die Ersatzquelle eine Reihenschaltung aus einem stromgebenden Element und einem spannungsgebenden Element um fasst, wobei der Ausgang zwischen den beiden Elementen angeord net ist. 895. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die Ersatzquelle einen Transistor umfasst, des sen Steueranschluss mit dem Steueranschluss des Stromspiegel transistors der Stromquelle verbunden ist.
896. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, bei dem die Schaltvorrichtung ein oder mehrere Trans mission Gates aufweist. 897. Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegen stände, welche einen Referenzstromspiegel umfasst, der ausge führt ist einen eingangsseitig definierten Strom ausgangseitig an den Fehlerkorrekturdetektor und an die Stromquelle zu lie fern .
898. Verfahren zum Versorgen einer m-LED, umfassend:
- Erfassen eines Versorgungsstroms durch die m-LED;
- Vergleichen des Versorgungsstroms mit einem Referenzsignal und Ableiten eines Korrektursignals aus dem Vergleich
- Verändern des Versorgungsstroms in Antwort auf das Korrektur signal, um den Versorgungsstrom auf einen Sollwert zu regeln;
- Abschalten eines Versorgungsstroms durch die m-LED und gleich zeitiges Zuführen eines Ersatzsignals für den Vergleichs schritt .
899. Verfahren nach Gegenstand 898 bei dem das Ersatzsignal im Wesentlichen einem Versorgungsstrom durch die m-LED oder einem davon abgeleiteten Signal entspricht. 900. Verwendung einer Versorgungsschaltung nach einem der vor herigen Gegenstände zur Versorgung einer m-LED oder m-LED An ordnung, insbesondere nach einem der vorherigen Gegenstände, welches durch ein die Stromversorgung pulsweiten modulierendes Signal betrieben wird. 901. Anordnung mit
- der in einem Substrat implementierten Versorgungsschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände; und
- einem m-Display nach einem der vorherigen Gegenstände oder mit einer Matrix aus in Zeilen und Spalten nageordneten Pixeln, die mindestens eine m-Led oder m-LED Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände aufweisen.
902. Steuerschaltung für eine Anzeigematrix, die eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten lichtemittierenden Vor richtungen umfasst, umfassend:
- eine Zeilenauswahleingabe für ein Zeilenauswahlsignal und eine Spaltendateneingabe für ein Datensignal;
- eine Rampensignaleingabe für ein Rampensignal, die einen Pegel zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert und eine
Triggereingabe für ein Triggersignal hat;
- ein Spaltendatenpuffer, der konfiguriert ist, um das Daten signal als Antwort auf das Zeilenauswahlsignal zu puffern;
- ein Pulsgenerator, der an den Spaltendatenpuffer und die Ram- pensignaleingabe gekoppelt und konfiguriert ist, ein gepuffer tes Ausgangssignal zu liefern, um das An/Aus Verhältnis von zumindest einer der Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtun gen als Antwort auf das Triggersignal, das Datensignal und das Rampensignal zu steuern.
903. Steuerschaltung nach Gegenstand 902, wobei der Pulsgene rator umfasst
- eine Komparatorvorrichtung, um das gepufferte Datensignal mit dem Rampensignal zu vergleichen; und
- ein Ausgangspuffer, der an einen Ausgang der Komparatorvor richtung und den Triggereingang gekoppelt ist.
904. Steuerschaltung nach Gegenstand 903, wobei der Ausgangs puffer ein Flip-Flop, insbesondere ein RS-Flip-Flop mit seinem jeweils an den Ausgang der Komparatorvorrichtung und den Trig gereingang gekoppelten Eingang umfasst.
905. Steuerschaltung nach einem der Gegenstände 902 bis 904, wobei der Spaltendatenpuffer einen Kondensator umfasst, um das
Datensignal zu speichern, und einen Schalter, der zwischen dem Kondensator und dem Spaltendateneingang angeordnet ist.
906. Steuerschaltung nach einem der Gegenstände 902 bis 905, wobei die Komparatorvorrichtung einen Leistungssteuerungsein gang umfasst, der an den Triggereingang gekoppelt ist, um seinen Leistungsverbrauch basierend auf das Triggersignal anzupassen.
907. Steuerschaltung nach einem der Gegenstände 902 bis 906, wobei die Komparatorvorrichtung an den Ausgangspuffer gekoppelt ist, um seinen Leistungsverbrauch basierend auf einen Ausgangs zustand des Ausgangspuffers zu steuern.
908. Steuerschaltung nach einem der Gegenstände 902 bis 907, wobei der Komparator mit seinem invertierenden Eingang an den
Datenspaltenpuffer und mit seinem nichtinvertierenden Eingang an den Rampensignaleingang gekoppelt ist.
909. Steuerschaltung nach einem der Gegenstände 902 bis 907, ferner umfassend:
- einen Rampengenerator, um das Rampensignal an den Rampensig naleingang zu liefern, den Rampengenerator, der konfiguriert ist, um als Antwort auf das Triggersignal ein zwischen einem Anfangswert und einem Endwert variierendes Signal zu erzeugen.
910. Verfahren der Steuerung der Beleuchtungsstärke einer licht emittierenden Vorrichtung in einer Matrixanzeige, dass eine Vielzahl von in adressierbaren Zeilen und Spalten angeordneten lichtemittierenden Vorrichtungen hat, wobei die Verfahren um fasst : - Liefern eines Datensignals für eine ausgewählte Reihe und zumindest eine lichtemittierende Vorrichtung;
- Liefern eines Triggersignals;
- Konvertierung eines Pegels des Datensignals zu einem Puls in Bezug auf ein Triggersignal; und
- Steuerung des Ein/Aus Verhältnisses der lichtemittierenden Vorrichtung mit dem Puls.
911. Verfahren nach Gegenstand 910, wobei der Schritt der Konvertierung eines Pegels des Datensignals umfasst:
- Erzeugen eines Rampensignals zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert;
- Vergleichen des Datensignals mit dem Rampensignal, um ein Vergleichssignal zu erzeugen;
- Erzeugung eines Pulses basierend auf dem Triggersignal und einer Änderung im Vergleichssignal.
912. Verfahrens nach Gegenstand 910, wobei die Erzeugung eines Pulses Setzen eines Pegels eines Ausgangssignals auf einen ers- ten Wert als Antwort auf ein Triggersignal und Zurücksetzen des Pegels des Ausgangssignals auf einen zweiten Wert als Antwort auf die Änderung des Vergleichssignals umfasst.
913. Verfahren nach Gegenstand 911 oder 912, wobei das Rampen- signal als Antwort auf das Triggersignal erzeugt ist.
914. Verfahren nach einem der Gegenstände 910 bis 913, wobei Lieferung eines Datensignals Vor-Pufferung des Datensignals insbesondere Vor-Pufferung des Datensignals in einer Speicher- Vorrichtung umfasst.
915 Verwendung der Steuerschaltung nach einem der vorherigen Gegenstände in einer m-Display oder zu einer Ansteuerung einer m-LED, m-LED Anordnung oder einem Array von m-LEDS, insbesondere nach einem der Gegenstände 94 bis 111 oder 297 bis 340 und 484 bis 536.
916. Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung einer Mehrzahl von m-LEDs, aufweisend
- einen ersten und wenigstens einen zweiten Zweig mit jeweils einer darin verschalteten m-LED und einer zu der m-LED in Serie angeordneten elektronischen Sicherung, wobei der erste und der wenigstens eine zweite Zweig mit einer Seite mit einem Poten- tialanschluss verbunden ist;
- eine Treiberschaltung mit einem Datensignaleingang, einem Auswahlsignaleingang und einem Treiberausgang, welcher mit der anderen Seite des ersten und des wenigstens einen zweiten Zweigs verbunden ist;
- ein dem wenigstens einen zweiten Zweig zugeordnetes Einpräge-
Bauelement, welches ausgeführt ist, einen die in Serie angeord nete elektronische Sicherung auslösenden Stromfluss zu erzeu gen . 917. Vorrichtung nach Gegenstand 916, bei dem
- die m-LED nach einem der nachfolgenden bzw. vorherigen Gegen stände ausgeführt ist; und/oder
- die m-LED ein Lichtformungs- oder Lichtführungselement auf seiner Oberfläche nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände umfasst; und/oder
- die m-LED eines jeden Zweiges eine gemeinsame elektrisch lei tende, insbesondere transparente Kontaktschicht umfasst.
918. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
das Einpräge-Bauelement einen Einpräge-Transistor aufweist, der mit seinen Stromleitungskontakten elektrisch parallel zu der m- LED, dem der Einpräge-Transistor zugeordnet ist, und dessen Steuerkontakt an eine Einprägesignalleitung angeschlossen ist. 919. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
das Einpräge-Bauelement eine Einpräge-Diode aufweist, die mit einem Anschluss an einem zweiten Anschluss der m-LED, dem die Einpräge-Diode zugeordnet ist, und deren anderer Anschluss an eine Einprägesignalleitung angeschlossen ist.
920. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
erste Anschlüsse der m-LED an einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen sind;
ein erster Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwi schen einem gemeinsamen Anschluss der Sicherungen der m-LED und einem Versorgungspotentialanschluss angeordnet ist;
ein Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit einem ersten Stromleitungskontakt des ersten Transistors elektrisch verbunden ist.
921. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
zweite Anschlüsse der m-LED an einem Versorgungspotentialan schluss angeschlossen sind;
ein erster Stromleitungskontakt eines ersten Transistors an ei nen Bezugspotentialanschluss und ein zweiter Stromleitungskon- takt des ersten Transistors an einen gemeinsamen Anschluss der elektrischen Sicherungen angeschlossen ist;
ein Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit dem ersten Stromleitungskontakt des ersten Tran sistors verbunden ist.
922. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
zweite Anschlüsse der m-LED jeweils an der der m-LED zugeord neten Sicherung angeschlossen sind; ein erster Stromleitungskontakt eines ersten Transistors an ei nem Bezugspotentialanschluss und ein zweiter Stromleitungskon takt des ersten Transistors an erste Anschlüsse der m-LED an geschlossen ist;
ein Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit dem ersten Stromleitungskontakt des ersten Tran sistors verbunden ist.
923. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
erste Anschlüsse der m-LED an einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen sind;
ein erster Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwi schen einem gemeinsamen Anschluss der Sicherungen der m-LED und einem Versorgungspotentialanschluss angeordnet ist;
der Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit einem zweiten Stromleitungskontakt des ersten Transistors elektrisch verbunden ist. 924. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
erste Anschlüsse der m-LED an einen ersten Bezugspotentialan schluss angeschlossen sind;
ein erster Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwi- sehen einem gemeinsamen Anschluss der Sicherungen der m-LEDs und einem Versorgungspotentialanschluss angeordnet ist;
ein Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit einem zweiten Stromleitungskontakt des ersten Transistors elektrisch verbunden ist, wobei ein erster Anschluss der Einpräge-Diode an einen zweiten Anschluss der m-LED und ein zweiter Anschluss der Einpräge-Diode an die Einprägesignallei- tung angeschlossen ist.
925. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass erste Anschlüsse der m-LEDs an einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen sind;
ein erster Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwi schen einem gemeinsamen Anschluss der Sicherungen der m-LEDs und einem Versorgungspotentialanschluss angeordnet ist;
ein Ladungsspeicher mit einem Steuerkontakt des ersten Transis tors sowie mit einem zweiten Stromleitungskontakt des ersten Transistors elektrisch verbunden ist, wobei ein zweiter An schluss der Einpräge-Diode an den zweiten Anschluss der m-LED und ein erster Anschluss der Einpräge-Diode an die Einprägesig- nalleitung angeschlossen ist.
926. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
die Treiberschaltung den ersten Transistor, einen zweiten Tran sistor und den Ladungsspeicher aufweist, wobei die Auswahlsig nalleitung an einen Steuerkontakt des zweiten Transistors und der Datensignaleingang an einem Stromleitungskontakt des zwei ten Transistors anliegt und ein erster oder ein zweiter Strom- leitungskontakt des ersten Transistors den Treiberausgang be reitstellt, der zur Bereitstellung einer Stromversorgung mit den m-LEDs des ersten Zweiges und eines zweiten Zweiges verbun den ist. 927. m-Display bzw. m-Displaymodul mit einer Vielzahl der Vor richtungen nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem Pixelzellen des m-Displays jeweils entlang einer Zeile und/oder entlang einer Spalte an einer gemeinsamen Einprägesignalleitung elektrisch angeschlossen sind, und
jede Pixelzelle einer Spalte mittels einer gemeinsamen Versor gungsleitung zu einem auf einem gemeinsamen Träger außerhalb des m-Displays angeordneten Schalttransistor an den Versor gungspotentialanschluss elektrisch angeschlossen ist. 928. m-Display bzw. m-Displaymodul nach Gegenstand 927, bei dem die in dem ersten und wenigstens einen zweiten Zweig verschal- teten m-LED wenigstens aufweisen:
- Merkmale nach einem der vorherigen Gegenstände insbesondere nach einem der Gegenstände 94 bis 111 oder 297 bis 340;
- Merkmale nach einem der Gegenstände 484 bis 536;
- eine photonische Struktur nach einem der Gegenstände 607 bis 679. 929. Verfahren zur elektronischen Konfiguration einer Mehrzahl von m-LEDs nach einem der vorherigen Gegenstände, umfassend die Schritte :
- Testen einer Funktion der m-LED jeweils des ersten Zweiges und des zweiten Zweiges;
- wenn kein Fehler in der m-LED im ersten und im zweiten Zweig vorliegt :
- Anlegen eines Einprägesignals an das elektronischen Einpräge- Bauelements ;
Einprägen in den zweiten Zweig eines die in Serie zur m-LED des zweiten Zweiges geschaltete Sicherung auslösenden Stromfluss.
930 Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ge genstände in einer Displayanordnung nach einem der vorherigen oder nachfolgenden Gegenstände.
931. Displayanordnung umfassend
ein IC-Substratbauteil mit monolithisch integrierten Schaltun gen und mit als Matrix angeordneten IC-Substratkontakten; und einen monolithischen pixelierten Optochip, umfassend eine Halb- leiterschichtfolge mit einer eine erste Dotierung aufweisenden ersten Halbleiterschicht und einer eine zweite Dotierung auf weisenden zweiten Halbleiterschicht, wobei sich die Polarität der Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht von jener der zweiten Halbleiterschicht unterscheidet und die Halbleiter- schichtfolge eine Stapelrichtung festlegt; und wobei im monolithischen pixelierten Optochip als Matrix ange ordnete m-LEDs vorliegen; und
wobei jede m-LED eine dem IC-Substratbauteil zugewandte m-LED- Rückseite und einen ersten Lichtquellenkontakt aufweist, der an die erste Halbleiterschicht kontaktierend angrenzt und mit je weils einem der IC-Substratkontakte elektrisch leitend verbun den ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Projektionsfläche des ersten Lichtquellenkontakts auf die m-LED-Rückseite höchstens der halben Fläche der m-LED-Rückseite entspricht; und
der erste Lichtquellenkontakt in eine senkrecht zur Stapelrich tung weisende Lateralrichtung von einem rückseitigen Absorber umgeben ist.
932. Displayanordnung nach Gegenstand 931, dadurch gekennzeich net, dass die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiter schicht eine p- oder n-Leitfähigkeit kleiner als 104 Sm-1, be vorzugt kleiner als 3*103 Sm-1, weiter bevorzugt kleiner als 103 Sm-1 aufweisen.
933. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der ersten Halb leiterschicht in Stapelrichtung höchstens das Zehnfache und be- vorzugt höchstens das Fünffache der maximalen Diagonale des ersten Lichtquellenkontakts in Lateralrichtung beträgt.
934. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelgröße der m-LED <10 pm und bevorzugt <5 pm und besonders bevorzugt <2 pm beträgt.
935. Displayanordnung nach einem der einem der vorherigen Ge genstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche des ersten Lichtquellenkontakts auf die m-LED-Rückseite höchs tens 25 % und bevorzugt höchstens 10 % der Fläche der m-LED- Rückseite entspricht. 936. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass sich der rückseitige Absorber in Stapelrichtung in die Halbleiterschichtfolge erstreckt.
937. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass in Stapelrichtung über der zweiten
Halbleiterschicht für jede m-LED ein zweiter Lichtquellenkon takt aus einem transparenten Material angeordnet ist, der elektrisch leitend mit einer transparenten Kontaktschicht auf der Vorderseite des monolithischen pixelierten Optochips ver- bunden ist.
938. Displayanordnung nach Gegenstand 937, dadurch gekennzeich net, dass der zweite Lichtquellenkontakt durch die transparente Kontaktschicht selbst gebildet wird.
939. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lichtquellenkontakt an die transparente Kontaktschicht angrenzt und der zweite Licht quellenkontakt benachbart angeordneter m-LEDs durch einen vor- derseitigen Absorber in eine senkrecht zur Stapelrichtung wei sende Lateralrichtung voneinander getrennt sind.
940. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorderseitige Absorber entgegen der Stapelrichtung bis zur und bevorzugt in die zweite Halbleiterschicht erstreckt.
941. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Stapelrichtung un- terhalb des ersten Lichtquellenkontakts ein Optochipkontakte- lement angrenzt, dessen Querschnittsfläche größer als die des ersten Lichtquellenkontakts ist. 942. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend:
eine lichtformende Struktur, insbesondere eine Mikrolinse oder ein photonischer Kristall, die auf dem monolithischen pixelier- ten Optochip angeordnet ist und vom monolithischen pixelierten Optochip abgegebenes Licht richtet.
943. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend ein lichtkonvertierendes Element auf der Ober fläche der monolithischen pixelierten Optochip.
944. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei bei zwei benachbarten m-LEDs eine m-LED zu der anderen m- LED als redundantes Element ausgebildet ist, der ein Siche rungselement in dem IC-Substratbauteil zugeordnet ist, welches ausgestaltet ist bei Ausfall der anderen m-LED dieses durch das redundante Element zu ersetzen oder bei Funktionsfähigkeit der anderen m-LED, das redundante Element von einer Stromversorgung zu trennen. 945. Verfahren zur Herstellung einer Displayanordnung, wobei ein IC-Substratbauteil mit monolithisch integrierten Schaltungen und mit als Matrix angeordneten IC-Substratkontak- ten und ein monolithischer pixelierter Optochip elektrisch lei tend verbunden werden; und
im monolithischen pixelierten Optochip eine Halbleiterschicht folge mit einer eine erste Dotierung aufweisenden ersten Halb leiterschicht und einer eine zweite Dotierung aufweisenden zweite Halbleiterschicht aufgewachsen wird, wobei sich die Po larität der Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht von jener der zweiten Halbleiterschicht unterscheidet und die Halb leiterschichtfolge 5 eine Stapelrichtung festlegt; und wobei im monolithischen pixelierten Optochip als Matrix ange ordnete m-LEDs angelegt werden, wobei jede m-LED eine dem IC- Substratbauteil zugewandte m-LED-Rückseite und einen ersten Lichtquellenkontakt aufweist, der an die erste Halbleiter schicht kontaktierend angrenzt und mit jeweils einem der IC- Substratkontakte elektrisch leitend verbunden wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Lichtquellenkontakt mit einer solchen Größe angelegt wird, dass dessen Projektionsfläche senkrecht zur Stapelrich tung höchstens die Hälfte der Fläche der m-LED-Rückseite ein nimmt; und
der erste Lichtquellenkontakt in eine senkrecht zur Stapelrich- tung weisende Lateralrichtung von einem rückseitigen Absorber umgeben wird.
946. Displayanordnung mit einem m-Display aufweisend eine Viel zahl von in Reihen und Spalten angeordneten Pixel, umfassend: - eine erste Substratstruktur mit darin angeordneten oder auf dieser aufgebrachten m-LEDs, deren Kantenlänge kleiner als 50pm beträgt, insbesondere kleiner als 20pm, und welche die in Reihen und Spalten angeordnete Pixelstruktur bilden, wobei
die m-LEDs einzeln ansteuerbar sind; und
auf der einer Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberflä che der ersten Substratstruktur eine Vielzahl von Kontaktierun gen angeordnet sind;
- eine zweite Substratstruktur, die auf einer Oberfläche eine Vielzahl von Kontaktierungen umfasst, die zu den Kontaktierun- gen der ersten Substratstruktur korrespondieren und eine Viel zahl von digitalen Schaltkreisen zur Adressierung der opto elektronischen Bauelemente aufweist;
wobei die erste und die zweite Substratstruktur miteinander verbunden und die Vielzahl von Kontaktierungen mit den korres- pondieren Kontaktierungen elektrisch verbunden sind und wobei die erste Substratstruktur mit einem ersten Materialsys tem gebildet und die zweite Substratstruktur mit einem hiervon verschiedenen zweiten Materialsystem gebildet ist. 947. Displayanordnung nach Gegenstand 946, bei dem wenigstens einige Kontaktierungen der Vielzahl von Kontaktierungen eine Kantenlänge von weniger als IOmih oder eine Fläche von weniger als 20pm2 aufweisen. 948. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei die m-LED mit einer Kantenlänge von weniger als 10 m aus gebildet ist und/oder einen Abstand zu einer benachbarten m-LED von weniger als 7gm aufweist. 949. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, umfassend einen Klebstoff oder anderes formschlüssiges Element, das Teilweise zwischen der ersten und zweiten Substratstruktur angeordnet ist und diese zusammenhält. 950. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das m-Display aufweisend eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Pixel, wenigstens einige der m-LEDs oder m-LED Anordnungen oder optoelektronische Vorrichtungen nach einem der vorherigen Gegenstände umfasst, oder Elemente nach einem der vorherigen Verfahren aufweist
951. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei der die zweite Substratstruktur wenigstens einige der Schal tungen nach einen der vorherigen Gegenstände umfasst.
952. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, weiter umfassend wenigstens eine Lichtführungsanordnung mit Merkmalen nach einem der vorherigen Gegenstände. 953. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die erste Substratstruktur von der zweiten Sub stratstruktur durch eine Zwischenstruktur getrennt ist, durch die zumindest Kontaktleitungen verlaufen, welche die Kontaktie- rungen der ersten Substratstruktur mit Kontaktierungen der zwei ten Substratstruktur verbinden.
954. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem das erste Materialsystem wenigstens eines der folgenden Verbindungen umfasst: GaN, GaP, GalnP, InAlP, GaAlP oder GaAllnP, GaAs , AlGaAs und das zweite Materialsystem wenigstens eines der folgenden Materialsysteme umfasst: einkristallines, polykristallines, amorphes Silizium, Indium-Gallium-Zink-Oxid, GaN oder GaAs .
955. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem in der ersten Trägerstruktur eine Vielzahl von schalt baren Stromquellen umfasst, die jeweils mit einem Pixel zu des sen Versorgung verbunden sind, und deren Schalteingänge mit den Kontaktierungen zur Zuführung von Schaltsignalen aus den digi talen Schaltkreisen gekoppelt sind.
956. Displayanordnung nach Gegenstand 955, bei dem die schalt baren Stromquellen in einem Materialsystem angeordnet sind, welches sich von dem für die m-LEDs verwendeten Materialsystem oder von dem ersten Materialsystem unterscheidet.
957. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, bei dem die Vielzahl von digitalen Schaltkreisen der zweiten Substratstruktur zur Erzeugung eines PWM-ähnlichen Signals aus einem Taktsignal und einem Datenwort für jedes Pixel ausgeführt ist . 958. Displayanordnung nach Gegenstand 957, bei dem die Vielzahl von digitalen Schaltkreisen, eine Anzahl von in Reihe geschal teten Schieberegistern aufweist, deren jeweilige Länge dem Da tenwort für ein Pixel entspricht, wobei jedes Schieberegister mit einem Puffer zur Zwischenspeicherung verbunden ist.
959. Displayanordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Vielzahl von digitalen Schaltkreisen einen Multiple xer umfassen, der elektrisch mit einem Demultiplexer in der ersten Substratstruktur gekoppelt ist zur Ansteuerung mehrerer optoelektronischer Bauelemente.
960. Anordnung mehrerer lichtemittierender Dioden, wobei die Ausdehnung jeder lichtemittierenden Diode entlang zumindest ei- ner Raumrichtung jeweils kleiner oder gleich 70 Mikrometer ist.
961. Anordnung nach Gegenstand 960, wobei ein gemeinsamer Träger für die lichtemittierenden Dioden vorgesehen ist. 962. Anordnung nach Gegenstand 961, wobei der Träger transpa rentes Material umfasst oder aus transparentem Material besteht.
963. Anordnung nach Gegenstand 961 oder 962, wobei der Träger flexibel ausgebildet ist.
964. Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei auf dem Träger elektronische Komponenten einer Betriebsschaltung oder Ansteuerung für die lichtemittierenden Dioden angeordnet ist .
965. Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei auf dem Träger mindestens ein Sensor angeordnet ist. 966. Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei der Träger integraler Bestandteil eines Bauteils, insbesondere ei nes Fahrzeugbauteils ist. 967. Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei eine
Optik für mindestens eine lichtemittierende Diode der Anordnung vorgesehen ist.
968. Anordnung nach Gegenstand 967, wobei die Optik auf dem Träger angeordnet ist.
969. Vorrichtung mit mindestens einer Anordnung nach einem der vorherigen Gegenstände. 970. Vorrichtung nach Gegenstand 969, ausgebildet als Heck leuchte eines Kraftfahrzeugs .
971. Vorrichtung nach Gegenstand 970, wobei die mindestens eine Anordnung von lichtemittierenden Dioden der Heckleuchte eine Pixeldichte von mindestens 50 PPI und einen Pixelabstand von höchstens 0,5 mm aufweist.
972. Vorrichtung nach Gegenstand 970 oder 971, wobei die Heck leuchte als kombiniertes Schluss- und Bremslicht ausgebildet ist und einen Schlusslichtbereich sowie einen Bremslichtbereich aufweist .
973. Vorrichtung nach Gegenstand 972, wobei der Bremslichtbe reich und der Schlusslichtbereich jeweils mindestens eine An- Ordnung von lichtemittierenden Leuchtdioden aufweisen, und wo bei die Pixeldichte der Anordnung von lichtemittierenden Leucht dioden im Bremslichtbereich höher ist als die Pixeldichte der Anordnung von lichtemittierenden Leuchtdioden im Schlusslicht bereich . 974. Vorrichtung nach Gegenstand 969, ausgebildet als hochge setzte Bremsleuchte eines Kraftfahrzeugs.
975. Vorrichtung nach Gegenstand 974, wobei die mindestens eine Anordnung von lichtemittierenden Dioden der hochgesetzten
Bremsleuchte eine Pixeldichte von mindestens 10 PPI und einen Pixelabstand von höchstens 2,5 mm aufweist.
976. Vorrichtung nach Gegenstand 974 oder 975, wobei die hoch- gesetzte Bremsleuchte in eine Heckfensterscheibe eines Kraft fahrzeugs eingebettet ist.
977. Vorrichtung nach Gegenstand 976, wobei die hochgesetzte Bremsleuchte transparent ausgebildet ist.
978. Vorrichtung nach Gegenstand 974 oder 975, wobei die hoch gesetzte Bremsleuchte im Dachbereich der Karosserie eines Kraft fahrzeugs angeordnet ist. 979. Vorrichtung nach Gegenstand 969, wobei die Vorrichtung ein
Display umfasst, das an der Außenseite eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und das mindestens eine Anordnung von lichtemit tierenden Dioden nach einem der Gegenstände 960 bis 968 auf weist .
980. Vorrichtung nach Gegenstand 979, wobei die Pixeldichte der Anordnung von lichtemittierenden Dioden des Displays mindestens 100 PPI beträgt und der Pixel-abstand höchstens 0,25 mm beträgt. 981. Vorrichtung nach Gegenstand 979 oder 980, wobei das Display in die Fahrzeugkarosserie integriert ist.
982. Vorrichtung nach Gegenstand 981, wobei die Form des Dis plays einer Kontur der Fahrzeugkarosserie angepasst ist. 983. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Vorrichtung eine Ansteuereinrichtung für das Display um fasst, die eine Steuerung des Displaybetriebs durch einen Nutzer oder ein Computerprogramm ermöglicht.
984. Vorrichtung nach Gegenstand 983, wobei die Vorrichtung mindestens einen Sensor oder Detektor umfasst und ausgebildet ist, die Anzeige des Displays in Abhängigkeit von Messsignalen des mindestens einen Sensors oder Detektors zu steuern.
985. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die Vorrichtung zum Austausch von Kommunikationssignalen aus gebildet ist. 986. Vorrichtung nach Gegenstand 969, wobei die Vorrichtung einen Dachhimmel eines Fahrzeugs umfasst.
987. Vorrichtung nach Gegenstand 969, wobei die Vorrichtung eine Mittelkonsole eines Fahrzeugs umfasst.
988. Vorrichtung nach Gegenstand 969, wobei die Vorrichtung ein Display an einer A-, oder B-, oder C-, oder D-Säule eines Fahr zeugs umfasst. 989. Vorrichtung nach Gegenstand 969, wobei die Vorrichtung ein
Statusdisplay eines Fahrzeugs umfasst.
990. Vorrichtung nach Gegenstand 969, ausgebildet als Entkei mungsvorrichtung oder als Komponente einer Entkeimungsvorrich- tung .
991. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände ausge bildet als Fahrzeugkomponente . 992. Vorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände ausge bildet als Komponente von Textilien.
993. Anzeigevorrichtung umfassend
- einen Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite,
- ein selbsttragendes Anzeigesegment, das auf die Vorderseite des Trägers aufgebracht ist, wobei
- das Anzeigesegment ein Substrat mit einer elektrisch leitenden Anschlussschicht und einer elektrisch isolierenden Schicht so- wie zumindest eine m-LED umfasst,
- die zumindest eine m-LED auf der Anschlussschicht angeordnet und elektrisch leitend mit der Anschlussschicht verbunden ist,
- die elektrisch isolierende Schicht auf einer der zumindest einen m-LED abgewandten Seite der Anschlussschicht und zwischen dem Träger und der Anschlussschicht angeordnet ist,
- die elektrisch isolierende Schicht einfach zusammenhängend ausgebildet ist,
- der Träger zumindest eine Öffnung umfasst, die sich von der Vorderseite bis zur Rückseite erstreckt,
- das Anzeigesegment über eine elektrische Leitung, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, von der Rückseite des Trägers aus elektrisch kontaktierbar ist.
994. Anzeigevorrichtung nach Gegenstand 993,
wobei das Anzeigesegment flexibel ausgebildet ist.
995. Anzeigevorrichtung nach Gegenstand 993 oder 994,
wobei die Vorderseite des Trägers dort wo das Anzeigesegment aufgebracht ist eine konkave und/oder konvexe Krümmung aufweist.
996. Anzeigevorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei die elektrische Leitung durch eine Lasche des Substrats gebildet ist und die Lasche durch die Öffnung hindurch gesteckt ist . 997. Anzeigevorrichtung nach Gegenstand 996, wobei
- ein Teil der Lasche an der Rückseite aus der Öffnung heraus ragt ,
- auf dem an der Rückseite herausragenden Teil der Lasche ein aktives oder passives elektronisches Bauteil angeordnet und elektrisch mit dem Substrat verschaltet ist.
998. Anzeigevorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
- das Substrat des Anzeigesegments die Öffnung zumindest teil weise überdeckt,
- die elektrisch isolierende Schicht im Bereich der Öffnung entfernt ist,
- die elektrische Leitung im Bereich der Öffnung zur Anschluss- Schicht geführt und elektrisch mit der Anschlussschicht verbun den ist.
999. Anzeigevorrichtung nach einem der vorherigen Gegenstände, wobei
- das Anzeigesegment eine Mehrzahl von optoelektronischen Bau elementen umfasst, wobei jede m-LED einem Bildpunkt des Anzei gesegments zugeordnet ist,
- die Anzeigevorrichtung eine Mehrzahl von Anzeigesegmenten um fasst, die auf der Vorderseite des Trägers aufgebracht sind.
1000. Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung umfas send die Schritte:
A) Bereitstellen eines Trägers mit einer Vorderseite, einer Rückseite sowie zumindest einer Öffnung, die sich von der Vor- derseite bis zur Rückseite erstreckt;
B) Bereitstellen eines selbsttragenden Anzeigesegments umfas send
- ein Substrat mit einer elektrisch leitenden Anschlussschicht und einer einfach zusammenhängenden, elektrisch isolierenden Schicht - zumindest ein optoelektronisches Bauelement, wobei
- das optoelektronische Bauelement auf der Anschlussschicht an geordnet und elektrisch leitend mit der Anschlussschicht ver bunden ist,
- die elektrisch isolierende Schicht auf einer dem Bauelement abgewandten Seite der Anschlussschicht angeordnet ist;
C) Aufbringen des Anzeigesegments auf der Vorderseite des Trä gers ;
D) Ausbilden einer elektrischen Leitung, die sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, sodass das Anzeigesegment von der
Rückseite des Trägers aus über die elektrische Leitung elektrisch kontaktierbar wird.
1001. Verfahren nach Gegenstand 1000,
wobei das Substrat eine Lasche umfasst, die im Schritt D) durch die Öffnung hindurchgesteckt wird und die die elektrische Lei tung bildet.
1002. Verfahren nach Gegenstand 1001, wobei
- das Anzeigesegment im Schritt C) so angeordnet wird, dass die elektrisch isolierende Schicht die Öffnung zumindest teilweise überdeckt ,
- im Schritt D) die elektrisch isolierende Schicht im Bereich der Öffnung entfernt wird und anschließend die elektrische Lei- tung im Bereich der Öffnung zur Anschlussschicht geführt und elektrisch mit der Anschlussschicht verbunden wird.
1003. Aktive Schicht in einer Anordnung, einer m-LED, einem Halbleiterschichtenstapel, einem optoelektronischen Bauelement oder einem Array nach einem der vorherigen Gegenstände, gekenn zeichnet durch einen oder mehrere Quantenwells , welche zur Lichtemission ausgeführt sind.
Die Beschreibung mit Hilfe der beispielhaften Ausführungsformen schränkt die verschiedenen in den gezeigten Ausführungen nicht auf diese ein. Vielmehr bildet die Offenbarung mehrere Aspekte ab, die untereinander und auch miteinander kombiniert werden können. Aspekte, die sich beispielsweise auf Prozesse beziehen sind somit auch mit Aspekten kombinierbar, bei denen vor allem eine Lichtauskopplung im Vordergrund steht. Dies wird auch durch die verschiedenen oben dargestellten Gegenstände verdeutlicht.
Die Erfindung umfasst somit jegliche Merkmale und auch jegliche Kombination von Merkmalen, die insbesondere jegliche Kombina- tion von Merkmalen in den Gegenständen und Patentansprüchen einschließt, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination nicht explizit in den beispielhaften Ausführungsformen spezi fiziert ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Anordnung umfassend:
wenigstens eine lichtemittierende Vorrichtung, insbesondere we- nigstens eine m-LED, welche umfasst:
- eine elektrisch leitende Struktur, die eine obere Haupt oberfläche und eine untere Hauptoberfläche umfasst, die von der oberen Hauptoberfläche durch eine Distanz getrennt ist;
- eine Kavität in der elektrisch leitenden Struktur und die eine Breite und Länge besitzt;
- einen Halbleiterschichtenstapel entlang der ersten Haupt richtung, die in der Kavität angeordnet ist und sich zumindest über die obere Hauptoberfläche erstreckt, wobei der Halb leiterschichtenstapel besitzt
o eine aktive Schicht;
o einen ersten elektrischen Kontakt;
o einen zweiten elektrischen Kontakt;
- die Länge der Kavität basiert im Wesentlichen auf n/2 einer Wellenlänge von während des Betriebes zu emittierenden Lichts, wobei n eine natürliche Zahl ist; und / oder
- wenigstens eine m-LED oder optoelektronische Halbleiteran ordnung umfassend eine dreidimensionale lichtemittierende He- terostruktur mit einer ersten leitfähigen Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten leitfähigen Halb leiterschicht; bei der
- die lichtemittierende Heterostruktur Aluminiumgalliumar- senid und/oder Aluminiumgalliumindiumphosphid und/oder Alu- miniumgalliumindiumphosphidarsenid umfasst; und
- die lichtemittierende Heterostruktur durch Aufwachsen auf einer eine {110} orientierte Seitenfläche umfassende, selek tiv epitaktisch auf einem Galliumarsenid (111) B Epitaxiesub strat abgeschiedenen Formschicht dreidimensional ausgebildet ist, wobei optional eine flache Topfläche {111} (10) vorge sehen sein kann; und / oder
- wenigstens zwei m-LEDs, insbesondere ein Array von m-LEDs, wobei eine jeweilige m-LED zwischen einer n-dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht eine für die Lichtemission ge eignete aktive Schicht ausbildet; und
- zwischen zwei benachbarten ausgebildeten m-LEDs Material der Schichtfolge von der n-dotierten Seite und von der p- dotierten Seite her bis zu oder in Mantelschichten oder bis zu der oder zumindest teilweise in die aktive Schicht derart unterbrochen oder entfernt ist, dass Materialübergänge mit einer maximalen Dicke dC ausgebildet sind, wodurch elektri- sehe und/oder optische Leitfähigkeiten in dem Materialüber gang verringert sind; und / oder
- ein m-LED-Modul, aufweisend mindestens einen ein Basismodul bereitstellenden Schichtenstapel, aufweisend eine an einem
Träger, insbesondere Wachstumsträger, ausgebildete erste Schicht, an der eine aktive Schicht und an dieser eine zweite Schicht ausgebildet ist, wobei ein erster Kontakt an einem dem Träger abgewandten Oberflächenbereich der zweiten Schicht angeschlossen ist, wobei ein zweiter Kontakt an einem dem
Träger abgewandten Oberflächenbereich der ersten Schicht an geschlossen ist;
- optional die Vorrichtung eine an einem ersten Träger aus gebildeten ganzflächigen Zielmatrix umfasst, die Zeilen und Spalten von m-LEDs, besetzbaren Stellen aufweist;
- ein oder mehrere m-LED Module zumindest zwei Bauelemente umfassen, deren Größe mit den besetzbaren Stellen korrespon diert; und die m-LED Module an dem ersten Träger in der Zielmatrix derart positioniert und elektrisch angeschlossen sind, dass in die ser eine Anzahl von von Bauelementen unbesetzte Stellen ver bleibt, an denen zumindest teilweise jeweils mindestens ein Sensorelement positioniert und elektrisch angeschlossen ist; und / oder
- eine m-LED-Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die m-LED-Anordnung Paare die Form eines Polyeders oder eines Prismas aufweisender, beschichteter Materialvolumina mit ei ner darin angeordneten aktiven Schicht aufweist; und zur Emission einer bestimmten Farbe ein auf diese Farbe ab gestimmtes Konverter-Material zwischen den Materialvolumina eines Paares ausgebildet ist; wobei
- die aktive Schicht der m-LED wenigstens einen Quantenwell aufweist, und ein zentraler Bereich in der aktiven Schicht lateral von einem zweiten Bereich in der aktiven Schicht um- geben ist, dessen Bandlücke größer ist als die des zentralen
Bereiches, und in den zweiten Bereich ein Dotierstoff einge bracht ist, der ein Quantenwellintermixing in dem im zweiten Bereich liegenden wenigstens einen Quantenwell der aktiven Schicht erzeugt; und / oder wobei
- die m-LED Teil eines Arrays mit mindestens der m-LED ist und die m-LED vertikal erzeugt ist und ein erster Kontakt des lichtemittierenden Körpers an einer Seite eines Substrats mit einem ersten Kontaktbereich verbunden ist;
- an derselben Seite des Substrats ein dem Substrat abgewand ter zweiter Kontakt des lichtemittierenden Körpers an einen zweiten Kontaktbereich mittels einer transparenten Kontakt schicht und einer ersten Metallspiegelschicht, angeschlossen ist; und eine Reflektor-Struktur den lichtemittierenden Körper umgibt, wobei eine zweite Metallspiegelschicht, an der Re flektor-Struktur angebracht ist; und / oder wobei
- wenigstens die m-LED an einem flächigen Trägersubstrat eines Pixelelements angeordnet ist und ausgeführt ist, Licht quer zu einer Trägersubstratebene in eine Richtung weg vom Trä gersubstrat auszusenden;
- die m-LED an seiner vom Trägersubstrat weg gerichteten Oberseite einen elektrischen Kontakt aufweist;
- das Pixelelement an der Oberseite der wenigstens einen m- LED eine zumindest teilweise elektrisch leitende flächige Kontaktierungsschicht aufweist, die mit dem elektrischen Kon takt der wenigstens einen m-LED elektrisch verbunden ist;
- die Kontaktierungsschicht für das von der wenigstens einen m-LED ausgesendete Licht zumindest teilweise transparent aus geführt und an der Kontaktierungsschicht eine Leiterbahn vor gesehen ist, die elektrisch und flächig mit der Kontaktie rungsschichtverbunden ist; und
- wobei die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahn größer ist als eine elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungs schicht ; und / oder wobei
die m-LED an einer Seite eines Substrats fixiert ist;
an einer dem Substrat abgewandten Seite einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, der mittels einer Verspiege lung an einen elektrischen Steuerungskontakt auf der Oberflä che des Substrats elektrisch angeschlossen ist; und
- die Verspiegelung die den wenigstens einen Rohchip zuge wandte Substratoberfläche zumindest teilweise bedeckt; und / oder wobei
- die m-LED ein Subpixel eines Pixelelements zum Erzeugen eines Bildpunktes eines Displays ist; und das Pixelelement aus mindestens zwei Subpixel gleicher Farbemission gebildet ist, insbesondere durch die m-LED und eine weitere m-LED;
- zwischen zwei benachbarten Subpixeln desselben Pixelelemen tes ein Subpixeltrennelement vorgesehen ist; und
- das Subpixeltrennelement in Bezug auf eine elektrische An steuerung der jeweiligen Subpixel trennend ausgeführt ist so- wie in Bezug auf das jeweils von den Subpixeln emittierte
Licht optisch koppelnd ausgeführt ist; und / oder wobei
- die Vorrichtung ein Pixelfeld mit einem Substrat zur feld- artigen Anordnung von Pixeln auf dem Substrat und zur elektri schen Kontaktierung der Pixel aufweist;
- das Substrat für wenigstens einen Pixel einen Satz von Primär-Kontakten bereitstellt, wobei der Satz von Primär-Kon- takten des Pixels zur elektrischen Kontaktierung von einer Gruppe von Subpixeln vorgesehen ist, wobei das Substrat für den wenigstens einen Pixel außerdem einen Satz von Ersatzkon takten aufweist;
wobei die Primär-Kontakte des Pixels mit der Gruppe von Sub pixeln bestückt sind;
- die Gruppe von Subpixeln ein fehlerhaftes, deaktiviertes
Subpixel aufweist; und
- wobei ein Ersatzkontakt des Satzes von Ersatzkontakten des Pixels mit einem Ersatz-Subpixel als Ersatz für das fehler hafte, deaktivierte Subpixel bestückt ist; bei der zur einer Verbesserung des Transfers der lichtemittie renden Vorrichtung, der wenigstens einen oder zwei m-LEDs, der m-LED Anordnung oder des m-LED Moduls
- ein flächiges Trägersubstrat mindestens zwei Aufnahmeele- mente vorgesehen ist, die ausgeführt sind, - die m-LED, m-LED Anordnung, m-LED Modul oder lichtemittie rende Vorrichtung derart zwischen den mindestens zwei Aufnah meelementen lösbar festzuhalten, sodass die m-LED mit einer definierten Mindestkraft senkrecht zu einer Trägerstrukture bene herausbewegt werden kann; und
- wenigstens ein Aufnahmeelement der mindestens zwei Aufnah meelemente ausgeführt ist, gleichzeitig ein zweiten, benach bart angeordnete m-LED mit festzuhalten und/oder abzustützen; und / oder
- m-LEDs auf einem Trägersubstrat mit einer ersten Dichte erzeugt werden;
- ein erster Transferschritt mittels eines ersten Transfer stempels ausgeführt wird, der die m-LEDs auf einen Zwischen träger mit der ersten Dichte überträgt;
- ein zweiter Transferschritt mittels eines zweiten Transfer stempels ausgeführt wird, der die m-LEDs mit einer zur ersten Dichte um einen Faktor n kleineren zweiten Dichte von dem Zwischenträger auf ein Zielsubstrat überträgt, das für ein jeweiliges der Arrays eine gemeinsame Arrayfläche, insbeson dere für alle drei Farben, bereitstellt, wobei die Größe des Zwischenträgers zu der des zweiten Transferstempels gleich oder größer ist und die Größe des zweiten Transferstempels zu der Arrayfläche gleich oder um einen Faktor k kleiner ist; und bei der die Anordnung
- ein Pixelarray umfasst, insbesondere für ein Display in Polarkoordinaten, welches:
- eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen, m-LEDs, m-LED Anordnungen oder m-LED Modul aufweist;
- die von einem Anfangspunkt ausgehend auf einer Achse durch den Anfangspunkt in wenigstens einer Zeile angeordnet sind, wobei - die Vielzahl von Pixelelementen eine Höhe sowie eine vari able Breite aufweisen derart, dass die Breite der Pixelele mente ausgehend vom Anfangspunkt hinweg im Wesentlichen zu nimmt ; und die Anordnung weiterhin
- eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel struktur aufweist, die
- eine erste Substratstruktur (I) mit darin angeordneten oder auf dieser aufgebrachten m-LEDs, m-LED Anordnungen, m-LED Mo dulen oder lichtemittierende Vorrichtungen, deren Kantenlänge kleiner als 50gm beträgt, insbesondere kleiner als 20gm, und welche die in Reihen und Spalten angeordnete Pixelstruktur bil den, wobei
- die m-LEDs, m-LED Anordnungen, m-LED Moduls oder lichtemit tierende Vorrichtungen einzeln ansteuerbar sind; und
auf der einer Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberflä che der ersten Substratstruktur eine Vielzahl von Kontaktierun gen angeordnet sind;
- eine zweite Substratstruktur (III), die auf einer Oberfläche eine Vielzahl von Kontaktierungen umfasst, die zu den Kontak tierungen der ersten Substratstruktur korrespondieren und eine Vielzahl von digitalen Schaltkreisen zur Adressierung der opto elektronischen Bauelemente aufweist;
wobei die erste und die zweite Substratstruktur miteinander verbunden und die Vielzahl von Kontaktierungen mit den korres pondieren Kontaktierungen elektrisch verbunden sind und wobei die erste Substratstruktur mit einem ersten Materialsys tem gebildet und die zweite Substratstruktur mit einem zweiten, insbesondere hiervon verschiedenen Materialsystem gebildet ist; und die zweite Substratstruktur umfasst:
- eine Vorrichtung zur elektronischen Ansteuerung einer m-LED Pixelzelle, insbesondere mit NMOS Technologie geschaffen, um fassend : - eine Datensignalleitung, eine Schwellenwertleitung und eine AuswählSignalleitung;
- wobei eine Kontaktierung der zweiten Substratstruktur an die m-LED, die m-LED Anordnung, das m-LED Modul oder die lichtemittierende Vorrichtung führt so dass diese elektrisch in Serie zu einem Dual-Gate Transistor und zusammen mit diesem zwischen einem ersten und zweiten Potentialanschluss ange schlossen ist, wobei der Dual-Gate Transistor mit seinen Stromleitungskontakten zwischen einem Anschluss der m-LED, der m-LED Anordnung, dem m-LED Modul oder der lichtemittie rende Vorrichtung und einem Potentialanschluss angeordnet ist und ein erstes Steuergate des Dual-Gate Transistors mit der Schwellenwertleitung verbunden ist; und
- eine Auswahlhalteschaltung mit einem Ladungsspeicher, der mit einem zweiten Steuergate des Dual-Gate Transistors sowie mit einem Stromleitungskontakt des Dual-Gate Transistors ge koppelt ist sowie mit einem Steuertransistor, dessen Steuer anschluss mit der Auswahlsignalleitung verbunden ist; und / oder
eine Versorgungsschaltung, die aufweist:
- einen Fehlerkorrekturdetektor mit einem Referenzsignalein gang, einem Fehlersignaleingang sowie einem Korrektursignal ausgang;
- eine regelbare Stromquelle mit Stromausgang und einem Kon- trollsignalanschluss , wobei der Kontrollsignalanschluss mit dem Korrektursignalausgang unter Bildung einer Regelschleife für die steuerbare Stromquelle verbunden ist, wobei die Strom quelle ausgeführt ist, einen Strom am Stromausgang in Abhän- gigkeit eines Signals am Kontrollsignalanschluss bereitzu stellen;
- eine Ersatzquelle mit einem Ausgang, die ausgeführt ist, ein Ersatzsignal bereitzustellen; und
- eine Schaltvorrichtung, die ausgeführt ist, in Abhängigkeit eines Schaltsignals (VPWM) entweder ein von dem Strom am Stromausgang abgeleitetes Signal oder das Ersatzsignal dem Fehlersignaleingang bei zusätzlicher Trennung des Stromaus gangs der Stromquelle zuzuführen; und / oder
- eine Treiberschaltung zum Antreiben einer Vielzahl von m- LEDs, m-LED Anordnungen, m-LED Modulen oder lichtemittieren den Vorrichtungen, die aufweist:
- eine Vielzahl von ersten Speicherzellen, die jeweils einen Setzeingang, einen Rücksetzeingang und einen Ausgang umfas sen;
- jede erste Speicherzelle an dem Ausgang durch ein Setzsignal an dem Setzeingang in einen ersten Zustand getriggert wird und den ersten Zustand hält, bis sie an dem Rücksetzeingang auf einen zweiten Zustand zurückgesetzt wird; und
- der Ausgang jeder ersten Speicherzelle konfiguriert ist, um ein jeweiliges der m-LEDs, m-LED Anordnungen, m-LED Modulen oder lichtemittierenden Vorrichtungen zu steuern; und / oder die Anordnung ausgestaltet ist:
mit einem IC-Substratbauteil mit monolithisch integrierten Schaltungen und mit als Matrix angeordneten IC-Substratkon- takten; und
mit einem monolithischen pixelierten Optochip, umfassend eine Halbleiterschichtfolge mit einer eine erste Dotierung aufwei senden ersten Halbleiterschicht und einer eine zweite Dotie rung aufweisenden zweiten Halbleiterschicht, wobei sich die Polarität der Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht von jener der zweiten Halbleiterschicht unterscheidet und die Halbleiterschichtfolge eine Stapelrichtung festlegt;
wobei im monolithischen pixelierten Optochip als Matrix an geordnete m-LEDs vorliegen; und
wobei jede m-LED eine dem IC-Substratbauteil zugewandte m- LED-Rückseite und einen ersten Lichtquellenkontakt aufweist, der an die erste Halbleiterschicht kontaktierend angrenzt und mit jeweils einem der IC-Substratkontakte elektrisch leitend verbunden ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche des ersten Lichtquellenkontakts auf die m-LED-Rückseite höchstens der halben Fläche der m-LED-Rückseite entspricht; und
der erste Lichtquellenkontakt in eine senkrecht zur Stapel richtung weisende Lateralrichtung von einem rückseitigen Ab sorber umgeben ist; und die Anordnung mehrere m-LEDs, m-LED Anordnungen, m-LED Mo dulen oder lichtemittierenden Vorrichtungen aufweist, wobei die Ausdehnung jeder m-LED, m-LED Anordnung, m-LED Modul oder lichtemittierend Vorrichtung entlang zumindest einer Raumrich tung jeweils kleiner oder gleich 70 Mikrometer ist.
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