DE3227959A1

DE3227959A1 - Led-anzeige mit hohem informationsgehalt

Info

Publication number: DE3227959A1
Application number: DE19823227959
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing.Dipl.-Phys. DDR 1120 Berlin Claus; Klaus DDR 1162 Berlin Illgner; Helmut DDR 1136 Berlin Jaques
Original assignee: Veb Werk Fuer Fernsehelektronik Im Veb Kombinat Mikroelektronik Ddr 1160 Berlin; Werk fuer Fernsehelektronik im VEB Kombinat Mikroelektronik VEB; Werk fuer Fernsehelektronik GmbH
Current assignee: Veb Werk Fuer Fernsehelektronik Im Veb Kombinat Mikroelektronik Ddr 1160 Berlin; Werk fuer Fernsehelektronik im VEB Kombinat Mikroelektronik VEB; Werk fuer Fernsehelektronik GmbH
Priority date: 1981-08-12
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1983-02-24
Also published as: FR2512238A1; FR2512238B1; DD200295A1; US4485377A; JPS5838984A

Description

LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt

Die Erfindung bezieht sich auf lichtemittierende Halbleiterbauelemente, in denen die einzelnen Emitterelemente linear oder flächenhaft in Zeilen öder Matrixform nebeneinander angeordnet und optisch voneinander entkoppelt sind.

Derartige Bauelemente werden zur elektrooptischen Darstellung von Ziffern, Zeichen, Buchstaben und Symbolen verwendet. Sie dienen in modernen Maschinen und Geräten mit informationsspeicherung der optischen Darstellung von Speicherinhalten oder der O Darstellung einzugebender Zahlenfolgen bzw. Texte.

"Es ist bekannt, daß LED-Halbleiterchips auf metallisierten Trägerplatten z. B. aus Keramik oder glasfaserverstärkten Plastmaterialien montiert und spalten- bzw. zeilenweise leitend miteinander verbunden werden. Derartige Anordnungen verwendet man z. B. bei sogenannten alphanumerischen Anzeigen, die ein- und mehrstellig angeboten werden. Solche Lösungen beschreiben z. B. WP 140 301 und WP 218 224.

Es ist bekannt, daß elektrooptische Matrixanordnungen dadurch günstig herstellbar sind, daß man das von den Halbleiterchips :0 emittierte Licht mittels sogenannter Lichtschachtanordnungen über eine größere Fläche nahezu gleichmäßig verteilt. Dadurch wird eine großflächige Anzeige - allerdings ohne Erhöhung der Punktdichte und damit des Informationsgehaltes - mit geringem

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Verbrauch an kostenintensivem Halbleitermaterial auf B -Basis möglich. Das Lichtschachtprinzip, dessen Aufgabe in der optimalen Ausleuchtung großer symbolflachen durch kleine, lichtstarke Halbleiterlichtemitter besteht, ist z. B. in der AS 2 405 829 und der OS 2 542 095 beschrieben. In diesen Fällen hat der Lichtschacht stets durch Streuung eine optische vergrößernde Funktion.

Schließlich gibt es eine Vielzahl technischer Lösungen für die Informationswiedergabe, die auf der Montage einzelner LED^As zu Matrizen beruhen, bei denen durch Linsenanordnungen eine optische Vergrößerung der Matrixanordnungen erreicht wird (WP 140 301).

Allen bekannten Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie großflächige Anzeigen bei gleichzeitiger Erhöhung der Leuchtpunktzahl und damit des Informationsgehaltes nicht zulassen. Entweder wären großflächig freitragende Abdeckkappen und sehr lange Draht-Kettenbondungen von Chip zu Chip erforderlich, was mechanisch und elektrisch ungünstig ist, oder die Anzeigen bieten wegen der geometrischen Ausdehnung des Einzelpunktes prinzipiell nicht die Möglichkeit einer hohen Leuchtpunktdichte.

Die bisher bekannten technischen Lösungen weisen stets mindestens zwei mechanisch starre Konstruktionselemente auf. Entweder wird adf den stabilen Chipträger - z. B. eine Keramikplatte - eine ebenfalls stabile Abdeckkappe montiert, oder es wird zunächst auf dem stabilen Chipträger eine lichtleitende Konstruktion, z. B. eine Anordnung sogenannter Lichtschächte montiert und danach diese starre Einheit in einer schützenden Abdeckkappe meist durch rückseitiges Vergießen mit einem Gießharz befestigt, nie Herstellung von großflächigen Bauteilen, z. B.

Spritzgießteilen mit hoher mechanischer Genauigkeit, ist technisch schwierig und daher kostenaufwendig. Dieser wesentliche Grund hat verhindert, daß lichtemittierende Halbleiterbauelemente als großflächige Punktmatizen zur Textdarstellung realisiert werden konnten.

Das Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine neuartige Darstellungsmöglichkeit für Ziffern, Schriftzeichen und andere Symbole auf Halbleiterbasis zu schaffen, wobei die flächenhafte Ausdehnung wohl aus Gründen der Zweckmäßigkeit fur den Jeweiligen Einsatzzweck, nicht aber prinzipiell begrenzt sein soll.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für eine LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt eine neuartige konstruktive Gestaltung zu schaffen. Dabei war zu sichern, daß eine möglichst D hohe Punktdichte verbunden mit geringer Bauelementehöhe erreicht wird.

Schließlich waren Lösungen zu finden, die derartige Displays flexibel auszuführen gestatten. Die Displays sollen aufgrund ihrer höheren Punktdichte die gleichzeitige Darstellung mehrerer Textzeilen gestatten, wozu Punktmatrizen mit mehr als 1000 Punkten zweckmäßig sind.

Erfindungemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem großflächigen LED-Matrix- oder Zeilenbauelement, bei dem die Halbleiterlichtemitterchips in den Kreuzungspunkten zweier senkrecht zueinander orientierter systeme von paralellen Leiterbahnen angeordnet sind, nur ein tragender Bauelementebestandteil in Form eines flächenhaft ausgedehnten Grundkörpers, der in · besonderen Fällen begrenzt flexibel ausgebildet sein kann, vorgesehen ist. Die übrigen flächenhaft ausgedehnten Bauelementebestandteile sind ausschließlich flexibel gestaltet.

Der Grundkörper ist mit Aussparungen für die Halbleiterchips und Bonddrähte, die gleichzeitig als Lichtleitschächte dienen, sowie mit mindestens einer Leitebene ausgestattet.

Die Leitebene besteht beispielsweise aus aufgedampften, metallisch O leitenden Streifen, die parallel verlaufen und zur Kontaktierung der p- oder n-seitigen Kontakte der lichtemitterenden Halbleiterchips dienen.

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Eine mittels leitendem oder nichtleitendem Kleber auf dem Grundkörper befestigte flexible Leiterplatte, die die Halbleiterchips trägt, weist ebenfalls Leitbahnen zur Kontaktierung des n- oder p-Kontaktes der Halbleiterchips, die vorzugsweise senkrecht zu den metallischen Leitbahnen des Grundkörpers orientiert sind, auf.

Überraschend konnten durch geeignete Metallisierungen stabile Kontakte zwischen Halbleiter und flexibler Leiterplatte einerseits sowie Halbleiter und Grundkörper mit Leitbahnen andererseits hergestellt werden. Auf der Betrachtungsseite ist der Grundkörper mit einer selbstklebenden Streufolie versehen. Insgesamt wird durch die beschriebenen Maßnahmen ein Bauelement realisiert, das ein System paralleler Leitbahnen, z. B. in vertikaler Richtung, und ein zweites System, horizontal ausgerichtet, enthält und bei welchem sich an jedem Kreuzungspunkt der Leitbahnen ein Halbleiter-Lichtemitterchip befindet. Die elektronische Ansteuerung derartiger Matixanordnungen ist prinzipiell bekannt und unterscheidet sich bei der vorgeschlagenen Lösung nur durch die Anzahl der anzusteuernden Zeilen oder Spalten. Bei Verwendung derartiger Ansteuerelektronik wird im Betriebsfall ein gewolltes Muster von Halbleiter-Lichtemittern eingeschaltet. Das von ihnen emittierte Licht kann sich nur innerhalb der Aussparungen im Grundkörper ausbreiten und trifft nach mehrfacher Reflexion an den Wänden der Aussparung auf die Streufolie, die durch Ausnutzung der optischen Streuung homogen leuchtende Punkte innerhalb der Matrix und für das mechnschliche Auge ein sichtbares Symbol erzeugt.

Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 2: Schnitt durch einen Leuchtpunkt Fig. 3: Schema der Leiterbahnführung

Fig. 4: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit Winkelmaterial als Leiterbahn

Fig. 5: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit metallisiertem

Graben im Grundkörper
Fig. 6: Schnitt durch einen Leuchtpunkt mit der Leiterbahn

auf der Streufolie

Dae tragende Element der Anordnung ist der Grundkörper 2 nach Fig. laus Plastmaterial mit möglichst hohem Refelxionsfaktor.

Die Freimachungen 11 bieten den Platz für die Halbleiter-Lichtemitterchips 5 und Bonddrähte 8, haben jedoch im Gegensatz zum ,0 Stand der Technik keine optisch vergrößernde Funktion.

Die Besonderheit des Grundkörpers 2 besteht darin, daß er unterseitig entsprechend der lateralen Chipdistanz spaltenfÖrmig ange ordnete Leiterbahnen 4 enthält, die mittels Leitkleber 9 mit den'Bondinseln auf der flexiblen Leiterplatte 1 neben der Bond-.5 stelle des p-Kontaktes elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden sind (Fig. 2 und 3). Die selbstklebende Streufolie wird entsprechend der Emissionsfarbe des Chips gewählt, diese Folien sind handelsüblich.

Die flexible Leiterplatte 1 weist Leiterbahnen 4 auf, die die ι Chipinseln untereinander zeilen- oder spaltenförmig elektrisch leitend verbinden. Zwischen den Zeilen bzw. Spalten befinden sich metallische Bondinseln, auf denen die Bonddrähte von den p-Kontakten des LED-Chips mittels bekannter Drahtbondverfahren befestigt sind.

»5 Um Kurzschlüsse zwischen Spalten- und Zeilenleiterbahnen zu vermeiden, ist das Einlegen einer Distanzfolie oder eines Distanzsteges zweckmäßig, die Freimachungen für Chip 5, Bonddraht 8 und Leitkleberinsel 9 besitzt. Die gesamte LED-Matrix kann durch Anwalzen gleichmäßig kontaktiert werden.

JO Für den Fall, daß eine Versteifung des Grundkörpers notwendig wird, kann gemäß Fig. 4 in den Plastkörper Winkelmaterial 7 z.B. aus Trägerstreifen-Bronze, eingepaßt oder eingeklemmt werden.

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Dieses Material mit einer Materialstärke von z. B. 0,15 mm kann dann gleichzeitig als Distanzsteg fungieren, das Einlegen einer zusätzlichen Distanzfolie entfällt hierbei.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht auf dem Grundkörper Grabenanordnungen 10 gemäß Fig. 5 vor, deren Grundfläche z. B. durch Bedampfung metallisiert ist, so daß bondfähige Schichten entstehen. Die metalliserte Grabenanordnung 4 ersetzt die metallischen Leiter auf der Unterseite des Grundkörpers. In diesem Falle wird die mit Halbleiterchips bestückte flexible Leiterplatte vor dem Arbeitsgang Drahtbonden mittels beliebiger handelsüblicher Kleber an dem Grundkörper befestigt. Das Drahtbonden des p-i<ontaktes erfolgt hierbei vom Chip zum leitenden Graben. Die Streufolie kann wiederum abschließend aufgewalzt werden.

Schließlich sieht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 spaltenförmig angeordnete Leiterbahnen 4 auf der Streufolie 3 vor, die gleichzeitig als flexible Leiterplatte ausgeführt ist. Der Grundkörper 2 weist in diesem Falle nur Bondinseln auf, auf denen der Draht 8 vom p-Kontakt her befestigt wird. Die spalten weise Kontaktierung erfolgt mittels angewalzter Streufolie 3, deren Leiterbahnen 4 zumindest lokalisiert an den Bondstellen leitend mit dem Grundkörper verklebt sein müssen.

Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß auf Basis eines 1 mm dicken Grundkörpers ohne Versteifung die gesamte Anordnung in gewissem Maße flexibl ausgeführt werden kann.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 flexible Leiterplatte

2 Grundkörper

3 Streufolie

4 metallische Leiterbahnen

5 Halbleiter-Lichtemitterchip

6 Distanzfolie

7 metallisches Winkelmaterial

8 Bonddraht

9 Leitkleber

10 Grabenanordnung

11 Aussparung

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

( LED-Anzeige mit hohem Informationsgehalt, bestehend aus "Halbleiter-Lichtemitterchips, die in den Kreuzungspunkten zweier senkrecht zueinander orientierter Systeme von parallen Leiterbahnen angeordnet sind, dadurch gekennzeichne, daß nur ein tragender Bauelementebestandteil in Form eines flächenhaft ausgedehnten Grundkörpers aus Plastmaterial mit möglichst hohem Reflexionsfaktor vorgesehen ist, der Aussparungen für die Halbleiterchips, die gleichzeitig als Lichtleitschächte dienen, enthält, der mit mindestens einer Leiterbahnebene für die Ansteuerung der Halbleiterchips versehen ist und der mittels leitender oder nichtleitender Kleber mit einer flexiblen Leiterplatte, die die Halbleiterchips trägt, sowie auf der Betrachtungsseite mit einer selbstklebenden Streufolie verbunden ist,
2. LED-Anzeige nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnebene auf dem Grundkörper durch Aufdampfen metallischer Beläge gebildet ist.
3. LED-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnebene auf dem Grundkörper durch Einbringen versteifender, im Querschnitt winkliger Trägerstreifen gebildet ist.

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4. LED-Anzeige nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leiterbahnebenen auf dem Grundkörper und der flexiblen Leiterplatte eine Distanzfolie angeordnet ist, die Freimachungen für die Chips und Klebeverbindungen aufweist.
5· LED-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper auf der Betrachtungsseite spaltenweise angeordnete grabenförmige Vertiefungen aufweist, deren Boden bondbar metallisiert ist und daß die Drahtbondverbindungen durch die Aussparungen im Grundkörper, in die.die Chips hineinragen, auf den bondbar metallisierten Graben geführt sind.
6. LED-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Grundkörper befindliche Leitersystem auf metallisierte Bondinseln reduziert ist, zu denen der Bonddraht vom p-Kontakt der Chips gezogen ist und daß ein System pralleler Leiterbahnen auf der Streufolie angeordnet ist, welches mittels Leitkleber mit den Bondinseln verbunden ist.
7. LED-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der Grundkörper selbst als nichttransparente flexible Leiterplatte ausgebildet ist, so daß in Kombination mit flexiblem HaIbleiterträger und flexibler Streufolie die Gesamtanordnung felxibel ist.

S. LED-Anzeige nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Betrachtungsaeite befindliche flexible Streufolie Leitbahnen trägt, mittels derer durch Anwendung des Filmbondens eine unmittelbare galvanische Verbindung zwischen Halbleiterchip und Leiterbahnen auf der Streufolie entsteht.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen