DE102016103632A1

DE102016103632A1 - Bildpunkteeinheit und Videoanzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE102016103632A1
Application number: DE102016103632.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Moosburger; Matthias Sabathil; Frank Singer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit (1) zwischen einschließlich zwei und sechs unabhängig voneinander ansteuerbare Farbeinheiten (2). Die Farbeinheiten (2) sind zur verschiedenfarbigen Emission von Licht eingerichtet und basieren auf derselben Halbleiterschichtenfolge und emittieren eine Primärstrahlung derselben spektralen Zusammensetzung. Zumindest eine der Farbeinheiten (2) umfasst einen Leuchtstoff (22) zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung. Die Farbeinheiten (2) bilden zusammen genommen eine einzige mechanische Einheit. Zumindest ein elektrischer Anschluss (41, 42) zur externen elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Farbeinheit (2) befindet sich an einer Emissionsseite (20) und/oder die Halbleiterschichtenfolge befindet sich an einem lichtdurchlässigen Aufwachssubstrat.

Description

Es wird eine Bildpunkteeinheit angegeben. Darüber hinaus wird eine Videoanzeigeeinrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, Bildpunkteeinheiten anzugeben, mit denen effizient eine Videoanzeigeeinrichtung aufbaubar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Bildpunkteeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs Ziffer 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit mehrere Farbeinheiten. Die Farbeinheiten sind je dazu eingerichtet, Licht einer verschiedenen Farbe im Betrieb der Bildpunkteeinheit zu emittieren. Die Farbeinheiten sind innerhalb der Bildpunkteeinheit elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Insbesondere sind die Farbeinheiten hinsichtlich ihrer Emissionsfarben derart zusammengestellt, so dass durch die Bildpunkteeinheit ein Bildpunkt, auch als Pixel bezeichnet, realisierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit zwei, drei, vier, fünf oder sechs der Farbeinheiten. Mit anderen Worten liegt innerhalb einer Bildpunkteeinheit eine relativ geringe Anzahl von Farbeinheiten vor. Insbesondere ist die Anzahl an Farbeinheiten pro Bildpunkteeinheit signifikant geringer als eine Anzahl von Pixel in einem Display oder einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung. Somit kann die Bildpunkteeinheit ein konstituierendes Element eine Displays oder einer Anzeigevorrichtung sein, ist selbst aber kein Display oder Anzeigevorrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basieren die Farbeinheiten auf derselben Halbleiterschichtenfolge. Dabei ist die Halbleiterschichtenfolge dazu eingerichtet, im Betrieb eine Primärstrahlung zu erzeugen. Es wird, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in jeder der Farbeinheiten Primärstrahlung mit derselben spektralen Zusammensetzung emittiert.
Basierend auf derselben Halbleiterschichtenfolge bedeutet insbesondere, dass die Halbleiterschichtenfolge in einem Herstellungsprozess über alle Farbeinheiten hinweg gleich und auch zusammenhängend gewachsen wird. Mit anderen Worten sind alle Farbeinheiten der Bildpunkteeinheit auf demselben Wafer und demselben Aufwachssubstrat gewachsen, weisen dieselbe Materialzusammensetzung, dieselben Dicken und dieselbe Schichtenfolge auf. Ferner ist, im Vergleich zum Wachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Wachstumswafer, eine relative Position der Halbleiterschichtenfolge in den Farbeinheiten zueinander nicht verändert. Mit anderen Worten liegt die Halbleiterschichtenfolge oder der verbliebene Teil der Halbleiterschichtenfolge in den Farbeinheiten, im Vergleich zu einem Wachstumsprozess, relativ zueinander unverändert vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst eine oder umfassen mehrere der Farbeinheiten einen Leuchtstoff zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung. Der zumindest eine Leuchtstoff ist bevorzugt ein anorganischer Leuchtstoff, beispielsweise ein keramischer Leuchtstoff oder anorganische Leuchtstoffpartikel, eingebettet in ein Kunststoffmatrixmaterial wie Silikon. Ebenso kann es sich bei dem Leuchtstoff um Quantenpunkte handeln. Auch organische Leuchtstoffe sind einsetzbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine, bevorzugt genau eine der Farbeinheiten frei von einem Leuchtstoff. Das heißt, eine der Farbeinheiten emittiert dann unbeeinflusst die Primärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die Farbeinheiten eine einzige mechanische Einheit. Das heißt, die Bildpunkteeinheit mit allen Farbeinheiten ist als ein einziges Bauteil handhabbar, beispielsweise in einem Pick-and-Place-Prozess. Die Farbeinheiten sind derart fest miteinander verbunden, so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb und in der bestimmungsgemäßen Montage der Bildpunkteeinheit kein Verändern einer relativen Position der Farbeinheiten zueinander und kein Abtrennen von Farbeinheiten voneinander erfolgt. Dabei ist eine Größe der Bildpunkteeinheit durch die Farbeinheiten und die Halbleiterschichtenfolge bestimmt, die in Draufsicht gesehen bevorzugt mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % einer Fläche der Bildpunkteeinheit ausmachen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zumindest ein elektrischer Anschluss zur externen elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Farbeinheit auf oder an einer Emissionsseite. Die Emissionsseite ist bevorzugt eine Hauptseite der Bildpunkteeinheit. Insbesondere wird überwiegend oder ausschließlich an der Emissionsseite Licht aus der Bildpunkteeinheit und aus den Farbeinheiten emittiert. Bei dem elektrischen Anschluss kann es sich beispielsweise um eine Kontaktfläche für einen Bonddraht oder um eine Lötfläche handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Halbleiterschichtenfolge in den Farbeinheiten je an einem Aufwachssubstrat. Die Halbleiterschichtenfolge ist also während des Herstellens auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen und hiervon nicht entfernt. Dabei handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat besonders bevorzugt um ein lichtdurchlässiges Substrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit zwischen einschließlich zwei und sechs unabhängig voneinander ansteuerbare Farbeinheiten. Die Farbeinheiten sind zur verschiedenfarbigen Emission von Licht eingerichtet. Die Farbeinheiten basieren auf derselben Halbleiterschichtenfolge und emittieren eine Primärstrahlung derselben spektralen Zusammensetzung. Zumindest eine der Farbeinheiten umfasst einen Leuchtstoff zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung. Die Farbeinheiten bilden zusammen genommen, wie auch die Bildpunkteeinheit insgesamt, eine einzige mechanische Einheit. Zumindest ein elektrischer Anschluss zur externen elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Farbeinheit befindet sich an der Emissionsseite und/oder die Halbleiterschichtenfolge befindet sich an einem lichtdurchlässigen Aufwachssubstrat.
Videoanzeigeeinrichtungen, die auf Leuchtdioden, kurz LEDs, basieren, weisen in der Regel viele Bildpunkte oder Pixel auf, die als RGB-Module mit einer Vielzahl von einzelnen, kleinen Leuchtdiodenchips gestaltet sind. Dabei sind die einzelnen verschiedenfarbig emittierenden Halbleiterchips einzeln zu montieren, was einen wesentlichen Kostenfaktor bei der Herstellung solcher Anzeigeeinrichtungen darstellt. Weiterhin ist es möglich, dass eine Anzeigeeinrichtung durch eine Unterteilung einer emittierenden Fläche auf Chipebene erreicht wird. Dabei ist aber eine Fläche der Anzeigeeinrichtung näherungsweise gleich einer Chipfläche, was diese Methode bei großflächigen Anzeigeeinrichtungen sehr teuer macht.
Bei der hier beschriebenen Bildpunkteeinheit sind die einzelnen Farbeinheiten monolithisch integriert, so dass für jeden Bildpunkt nur genau eine Bildpunkteeinheit platziert werden muss, in der die einzelnen Farben bereits vorhanden sind. Es muss also dann nicht für jeden Bildpunkt einzeln ein Halbleiterchip für rotes Licht, für grünes Licht und für blaues Licht zusammengefügt werden. Dabei weisen die Farbeinheiten innerhalb der Bildpunkteeinheit nur einen sehr geringen Abstand zueinander auf, was eine verbesserte Farbmischung und auch eine verbesserte Abbildungsqualität etwa durch eine Optik mit sich bringt. Insgesamt ist somit mit den hier beschriebenen Bildpunkteeinheiten eine Videoanzeigeeinrichtung kosteneffizienter aufbaubar und zudem weniger komplex.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Halbleiterschichtenfolge und/oder das Aufwachssubstrat durchgehend über alle Farbeinheiten. Dies bedeutet, die Farbeinheiten sind monolithisch integriert und umfassen zumindest eine Komponente, die auch beim Wachsen der Halbleiterschichtenfolge vorhanden ist, die sich zusammenhängend über alle Farbeinheiten erstreckt.
Insbesondere ist über das Aufwachssubstrat eine mechanische, stabile Verbindung über alle Farbeinheiten hinweg gegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge zwischen benachbarten Farbeinheiten vollständig durchtrennt. Hierdurch ist ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten reduzierbar, insbesondere hinsichtlich des Leuchtstoffs. Ebenso ist eine bessere elektrische Trennung der Farbeinheiten voneinander erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Aufwachssubstrat zwischen benachbarten Farbeinheiten nur teilweise durchtrennt, nicht aber vollständig durchtrennt. Beispielsweise ist das Aufwachssubstrat zu mindestens 30 % oder 50 % oder 70 % und/oder zu höchstens 95 % oder 90 % oder 80 % durchteilt. Das vollständig oder, wie hier beschrieben, nur teilweise Durchtrennen der Halbleiterschichtenfolge und/oder des Aufwachssubstrats kann durch Sägen oder Lasertrennen, insbesondere durch so genanntes Stealth Dicing auch in Kombination mit Ätzen, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen benachbarten Farbeinheiten eine lichtundurchlässige Zwischenschicht. Über die lichtundurchlässige Zwischenschicht ist eine optische Isolation der Farbeinheiten voneinander ermöglichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht reflektierend. Dabei kann eine spiegelnde Reflexion oder eine diffuse Reflexion vorliegen. Beispielsweise ist die Zwischenschicht durch eine spiegelnde Metallschicht, etwa aus Silber oder Aluminium, realisiert. Ebenso ist es möglich, dass die Zwischenschicht durch einen diffus reflektierenden Verguss gebildet ist, wobei beispielsweise reflektierende Partikel etwa aus einem Titanoxid in ein Matrixmaterial, etwa aus einem Silikon, eingebettet sein können. Es kann die Zwischenschicht elektrisch isolierend oder auch elektrisch leitend sein. Insbesondere bei elektrisch leitenden Zwischenschichten steht diese bevorzugt nicht in unmittelbarem physischen Kontakt zu einem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch die Zwischenschicht mindestens ein Teil einer mechanisch tragenden Verbindung zwischen den Farbeinheiten realisiert. Beispielsweise wirkt die Zwischenschicht als ein Kleber oder Kitt zwischen den Farbeinheiten. Die Zwischenschicht trägt beispielsweise zu mindestens 30 % oder 50 % oder 70 % zu einer Stärke einer mechanischen Verbindung zwischen den Farbeinheiten bei. Insbesondere ist es möglich, dass die Zwischenschicht diejenige Komponente in der Bildpunkteeinheit darstellt, die die mechanisch tragende Verbindung zwischen den Farbeinheiten vermittelt. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn die Halbleiterschichtenfolge und das Aufwachssubstrat vollständig oder nahezu vollständig durchtrennt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Farbeinheiten, in Draufsicht auf die Emissionsseite gesehen, je eine mittlere Kantenlänge von mindestens 40 µm oder 70 µm oder 150 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Kantenlänge bei höchstens 500 µm oder 300 µm oder 180 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Farbeinheiten innerhalb der Bildpunkteeinheit bei mindestens 1 µm oder 2 µm oder 4 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Abstand bei höchstens 25 µm oder 20 µm oder 15 µm oder 8 µm. Insbesondere beträgt der mittlere Abstand zwischen den benachbarten Farbeinheiten höchstens 20 % oder 10 % oder 5 % der mittleren Kantenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Farbeinheiten, in Draufsicht auf die Emissionsseite gesehen, alle gleich groß. Dies gilt insbesondere im Rahmen von Herstellungstoleranzen, beispielsweise mit einer Toleranz für laterale Abmessungen von höchstens 5 µm oder 2 µm. Neben der Größe werden die Farbeinheiten bevorzugt auch allesamt auf die gleiche Weise elektrisch kontaktiert und angesteuert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest zwei der Farbeinheiten, in Draufsicht auf die Emissionsseite gesehen, innerhalb der Bildpunkteeinheit unterschiedlich groß. Eine Größe der Farbeinheiten ist beispielsweise derart eingestellt, dass zum Beispiel in Abhängigkeit von der Augenempfindlichkeit, von einer Effizienz der Halbleiterschichtenfolge und/oder von einer Leuchtstoffeffizienz für die entsprechende Farbe die gewünschte Lichtstärke erzielt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit genau drei der Farbeinheiten. Dabei liegt bevorzugt eine Farbeinheit für rotes Licht, eine Farbeinheit für grünes Licht und eine Farbeinheit für blaues Licht vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Bildpunkteeinheit genau vier der Farbeinheiten. Dabei liegt bevorzugt eine Farbeinheit für rotes Licht, zwei Farbeinheiten für grünes Licht und eine Farbeinheit für blaues Licht vor. Alternativ ist es möglich, dass eine Farbeinheit für rotes Licht, eine Farbeinheit für grünes Licht, eine Farbeinheit für blaues Licht und eine Farbeinheit für gelbes oder weißes Licht vorliegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Farbeinheiten elektrisch voneinander isoliert. Das heißt, zwischen benachbarten Farbeinheiten liegt dann bestimmungsgemäß kein Strompfad innerhalb der Bildpunkteeinheit vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich an einer der Emissionsseite gegenüberliegenden Montageseite eine Befestigungsschicht. Die Befestigungsschicht ist bevorzugt aus einem oder aus mehreren Metallen gebildet. Weiterhin ist die Befestigungsschicht bevorzugt dazu eingerichtet, dass über die Befestigungsschicht die Bildpunkteeinheit auf einem Träger angebracht werden kann, etwa über elektrisch leitfähiges Kleben oder über Löten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Befestigungsschicht durchgehend über alle Farbeinheiten hinweg. Beispielsweise ist die Montageseite vollständig oder überwiegend mit der Befestigungsschicht bedeckt. Ein Bedeckungsgrad der Montageseite mit der Befestigungsschicht liegt beispielsweise bei mindestens 50 % oder 70 % oder 85 % und/oder bei höchstens 95 % oder 85 % oder 70 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Befestigungsschicht elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge der Farbeinheiten isoliert. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Betrieb der Bildpunkteeinheit besteht keine elektrische Verbindung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Befestigungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Befestigungsschicht durchgehend über alle Farbeinheiten an der Montageseite. Dabei bildet die Befestigungsschicht gleichzeitig einen gemeinsamen elektrischen Anschluss für alle Farbeinheiten oder für zumindest mehrere der Farbeinheiten. Beispielsweise ist durch die Befestigungsschicht eine gemeinsame Anode oder eine gemeinsame Kathode gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Farbeinheiten je genau zwei elektrische Anschlüsse auf. Die elektrischen Anschlüsse befinden sich dabei an der Emissionsseite. Somit kann eine elektrische Verbindung der Farbeinheiten ausschließlich über die Emissionsseite erfolgen, wohingegen eine mechanische Anbringung der Farbeinheiten lediglich über die Montageseite erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bildpunkteeinheit oberflächenmontierbar. Das heißt, die Bildpunkteeinheit kann über Oberflächenmontage, englisch Surface Mount Technology oder kurz SMT, angebracht werden. In diesem Fall erfolgt bevorzugt sowohl die elektrische als auch die mechanische Kontaktierung der Bildpunkteeinheit auf einem externen Träger lediglich über die Montageseite. Die Emissionsseite kann in diesem Fall frei von elektrischen Anschlüssen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich beide elektrische Anschlüsse der Farbeinheiten je an der Montageseite. Dabei ist es möglich, dass die elektrischen Anschlüsse an der Montageseite streifenförmig nebeneinander liegen und einzelne, sich nicht gegenseitig durchdringende oder umrahmende Kontaktflächen ausbilden. Ebenso ist es möglich, dass je ein elektrischer Anschluss der Farbeinheiten ringsum von der Befestigungsschicht und/oder von dem anderen elektrischen Anschluss umgeben ist, in Draufsicht auf die Montageseite gesehen. Dabei kann die Befestigungsschicht und/oder der weitere elektrische Anschluss durchgehend über alle Farbeinheiten gestaltet sein oder je auf eine der Farbeinheiten beschränkt sein, so dass mehrere separate weitere elektrische Anschlüsse an der Montageseite vorliegen.
Darüber hinaus wird eine Videoanzeigeeinrichtung angegeben. Die Videoanzeigeeinrichtung umfasst eine Vielzahl von Bildpunkteeinheiten, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale der Bildpunkteeinheiten sind daher auch für die Videoanzeigeeinrichtung offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform bildet jeder der Bildpunkteeinheiten der Videoanzeigeeinrichtung je genau einen Bildpunkt aus. Dabei sind die Bildpunkte bevorzugt regelmäßig in Form einer Matrix angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten um mindestens einen Faktor 3 oder 5 oder 10 oder 50 oder 200 größer als ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Farbeinheiten innerhalb der jeweiligen Bildpunkteeinheiten. Mit anderen Worten sind die Bildpunkteeinheiten in der Anzeigeeinrichtung nicht dicht angeordnet, so dass ein signifikanter Zwischenraum zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten bestehen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform macht die Halbleiterschichtenfolge der Bildpunkteeinheiten höchstens 3 % oder 1 % oder 0,2 % einer Anzeigefläche der Videoanzeigeeinrichtung aus. Die Anzeigefläche ist dabei insbesondere diejenige Fläche, an der von einem Betrachter das Video wahrgenommen wird. Der Flächenanteil der Halbleiterschichtenfolge an der Anzeigefläche liegt alternativ oder zusätzlich bei mindestens 0,1 Promille oder 1 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildpunkteeinheiten auf einem gemeinsamen Träger angebracht. Der Träger umfasst bevorzugt elektrische Leiterbahnen und optional auch elektrische Treiberschaltungen zum Ansteuern der Bildpunkteeinheiten. Weiterhin ist es möglich, dass an dem Träger optische Abschirmungen zwischen benachbarten Bildpunkten und/oder Optiken zur Strahlformung der von den Bildpunkteeinheiten emittierten Strahlung angebracht sind.
Nachfolgend werden eine hier beschriebene Bildpunkteeinheit und eine hier beschriebene Videoanzeigeeinrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 8 schematische Draufsichten und Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Bildpunkteeinheit für hier beschriebene Videoanzeigeeinrichtungen, und
9 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Videoanzeigeeinrichtung.
In 1A ist in einer Schnittdarstellung und in 1B in einer Unteransicht ein Ausführungsbeispiel einer Bildpunkteeinheit 1 dargestellt. Die Bildpunkteeinheit 1 umfasst ein Aufwachssubstrat 23, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 21 aufgewachsen ist. Das Aufwachssubstrat 23 und optional auch die Halbleiterschichtenfolge 21 erstrecken sich durchgehend über mehrere Farbeinheiten 2 der Bildpunkteeinheit hinweg. In 1 sind benachbarte Farbeinheiten 2 schematisch durch eine Linie voneinander getrennt, wobei diese Linie keiner realen Unterteilung zwischen den Farbeinheiten 2 entsprechen muss und fiktiv sein kann.
Alle drei Farbeinheiten 2 basieren auf derselben Halbleiterschichtenfolge 21 und emittieren im Betrieb eine Primärstrahlung derselben Farbe, insbesondere blaues Licht. Eine Farbeinheit 2, B ist zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet und emittiert somit die Primärstrahlung. Eine weitere Farbeinheit 2, R ist zur Emission von rotem Licht gestaltet und umfasst einen Leuchtstoff 22, R, der das blaue Primärlicht vollständig in rotes Licht umwandelt. Entsprechendes gilt für die Farbeinheit 2, G mit dem Leuchtstoff 22, G zur Erzeugung von grünem Licht. Abweichend von der Darstellung ist es auch möglich, dass das blaue Licht der Farbeinheit 2, B über einen Leuchtstoff erzeugt wird.
Jede der Farbeinheiten 2 umfasst an einer Emissionsseite 20, an der im Betrieb der Bildpunkteeinheit 1 Licht abgestrahlt wird, symbolisiert durch Pfeile, zwei elektrische Anschlüsse 41, 42. Bei den Anschlüssen 41, 42 handelt es sich beispielsweise um Flächen zu einer Kontaktierung mit einem Bonddraht, nicht gezeichnet. Somit sind gemäß 1 alle elektrischen Anschlüsse 41, 42 an der Emissionsseite 20 frei zugänglich.
An einer Montageseite 26, die der Emissionsseite 20 gegenüberliegt, befinden sich mehrere metallische Befestigungsschichten 43, die jeweils auf eine der Farbeinheiten 2 beschränkt sind. Über die Befestigungsschichten 43 ist die Bildpunkteeinheit 1 an einen externen Träger, nicht gezeichnet, mechanisch anbringbar, insbesondere mittels Löten. Die Befestigungsschichten 43 bedecken je einen Großteil der jeweiligen Farbeinheit 2 an der Montageseite 26.
Beim Ausführungsbeispiel der 2 erstreckt sich eine einzige Befestigungsschicht 43 an der Montageseite 26 durchgehend über alle Farbeinheiten 2. Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
Beim Ausführungsbeispiel der 3 befindet sich an der Emissionsseite 20 pro Farbeinheit 2 je nur ein elektrischer Anschluss 42. Je ein weiterer elektrischer Anschluss 41 pro Farbeinheit 2 ist durch die Befestigungsschichten 43 gebildet, die gestaltet sind, wie in Verbindung mit 1 erläutert. Die Halbleiterschichtenfolge 21 ist beispielsweise durch eine nicht gezeichnete Durchkontaktierung durch das Aufwachssubstrat 23 hindurch mit dem Anschluss 41, 43 elektrisch verbunden. Alternativ kann auch das Substrat 23 elektrisch leitfähig sein.
Gemäß 4 ist die Befestigungsschicht 43 abweichend von 3 als gemeinsamer, durchgehender elektrischer Anschluss 41 gestaltet, insbesondere als gemeinsame Anode oder als gemeinsame Kathode für alle Farbeinheiten 2.
Beim Ausführungsbeispiel der 5 sind die Farbeinheiten 2 durch eine lichtundurchlässige Zwischenschicht 5 voneinander optisch isoliert. Dabei füllt die Zwischenschicht 5 einen Bereich zwischen benachbarten Farbeinheiten 2 bevorzugt vollständig aus und wirkt als Kleber oder als Kitt zwischen benachbarten Farbeinheiten 2. Dabei ist die Zwischenschicht 5 diffus oder spekular reflektierend für die in der Halbleiterschichtenfolge 21 erzeugte Strahlung.
Eine solche Bildpunkteeinheit 1 wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass die Halbleiterschichtenfolge 21 zusammenhängend auf dem Aufwachssubstrat 23 gewachsen wird. Anschließend wird das Aufwachssubstrat 23, zusammen mit der Halbleiterschichtenfolge 21, auf einen Zwischenträger wie eine Folie angebracht, woraufhin die Halbleiterschichtenfolge 21 und das Aufwachssubstrat 23 zwischen den Farbeinheiten 2 entfernt wird, bevorzugt ohne eine Änderung einer Position der Farbeinheiten 2 zueinander. Daraufhin wird die Zwischenschicht 5 erzeugt, so dass wieder mechanisch integrierte und fest miteinander verbundene Farbeinheiten 2 entstehen und die Bildpunkteeinheit 1 gebildet wird. Nachfolgend kann der Zwischenträger entfernt werden.
Bei dem Aufwachssubstrat 23 handelt es sich bevorzugt um ein Saphirsubstrat. Hinsichtlich der elektrischen Anschlüsse 41, 42 und der Befestigungsschicht 43 entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 dem Ausführungsbeispiel der 2.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass eine nicht dargestellte reflektierende Schicht die Farbeinheiten 2 an einer äußeren Umrisslinie der Bildpunkteeinheit 1 ringsum umgibt, so dass Außenwände der Farbeinheiten 2, die nicht anderen Farbeinheiten 2 zugewandt sind, nicht als Lichtaustrittsflächen dienen. Somit wird Licht bevorzugt ausschließlich an der Emissionsseite 20 emittiert.
Ferner abweichend von der Darstellung gemäß 5 ist es möglich, dass das Aufwachssubstrat 23 nur teilweise zerteilt ist, so dass insbesondere an einer der Emissionsseite 20 abgewandten Seite nahe oder direkt an der Montageseite 26 ein durchgehender, sich über alle Farbeinheiten 2 erstreckender Steg, gebildet aus dem Aufwachssubstrat 23, vorhanden ist.
In den 6A bis 6C sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen sich jeweils die beiden elektrischen Anschlüsse 41, 42 an der Montageseite 26 befinden. Über die elektrischen Anschlüsse 41, 42 ist somit gleichzeitig eine mechanische als auch eine elektrische Kontaktierung möglich. Diese Bildpunkteeinheiten 1 sind oberflächenmontierbar.
Die in 6A und 6B nicht explizit gezeichnete Halbleiterschichtenfolge 21 kann sich im Falle eines elektrisch isolierenden Substrats dabei an der Montageseite 26 und nicht an der Emissionsseite 20 befinden, anders als bevorzugt in den 1 bis 5 der Fall. So können die Leuchtstoffe 22 beabstandet von der Halbleiterschichtenfolge lediglich an dem Aufwachssubstrat angebracht sein. Im Übrigen entsprechen die 6A und 6B den 4A und 5A.
Beim Ausführungsbeispiel der 6C befindet sich die Halbleiterschichtenfolge 21 an einem Einheitenträger 28. Ein Aufwachssubstrat ist hierbei bevorzugt von der Halbleiterschichtenfolge 21 entfernt. Bei dem Einheitenträger 28 handelt es sich beispielsweise um eine Siliziumplatte oder eine Keramikplatte, in die die elektrischen Anschlüsse 41, 42 in Form von Durchkontaktierungen erzeugt sind. Somit durchdringen die elektrischen Anschlüsse 41, 42 den Einheitenträger 28 vollständig.
Anders als dargestellt, befindet sich bevorzugt zwischen benachbarten Farbeinheiten 2 und Leuchtstoffen 22 jeweils eine lichtundurchlässige Zwischenschicht 5.
In 7 sind bevorzugte Gestaltungen für die elektrischen Anschlüsse 41, 42 der Bildpunkteeinheiten 1 der 6A bis 6C illustriert.
Gemäß 7A weist jede der Farbeinheiten 2 einen äußeren elektrischen Anschluss 42 auf, der insbesondere auch als Befestigungsschicht 43 gestaltet sein kann. Innerhalb des beispielsweise in Draufsicht quadratisch gestalteten Anschlusses 42 befindet sich ein etwa kreisförmiger, beispielsweise zentral angeordneter weiterer elektrischer Anschluss 41. Zwischen den Anschlüssen 41, 42 befindet sich ein ringförmiger Spalt. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen reichen die Anschlüsse 41, 42 sowie die Befestigungsschicht 43 bevorzugt nicht bis an einen äußeren Rand der Montageseite 26 heran und auch nicht bis an Grenzen zwischen benachbarten Farbeinheiten 2.
Beim Ausführungsbeispiel der 7B ist der äußere elektrische Anschluss 42, 43 durchgehend gestaltet und erstreckt sich über alle Farbeinheiten 2 hinweg, etwa als gemeinsame Kathode.
Beim Ausführungsbeispiel der 7C ist an der Montageseite 26 von jedem der Farbeinheiten 2 je ein erster und zweiter elektrischer Anschluss 41, 42 vorhanden. Die Anschlüsse 41, 42 sind streifenförmig gestaltet und voneinander beabstandet. Eine Längsausdehnung der Anschlüsse 41, 42 kann, wie in 7C gezeigt, quer zu einer Längsausdehnung der Bildpunkteeinheit 1 orientiert sein. Anders als dargestellt, können die Anschlüsse 41, 42 auch längs der Bildpunkteeinheit 1 verlaufen.
In 8 sind mehrere schematische Draufsichten auf Bildpunkteeinheiten 1 illustriert. Bei diesen Bildpunkteeinheiten 1 sind mehrere Kombinationen der Farbeinheiten 2 dargestellt. Jede der in 8 dargestellten Beispiele kann entsprechend auf die Ausführungsbeispiele der 1 bis 7 übertragen werden.
Gemäß 8A sind genau drei Farbeinheiten vorhanden, wobei eine zentrale Farbeinheit 2, G grünes Licht emittiert und sich zwischen den insgesamt linear angeordneten Farbeinheiten 2, B, 2, R für blaues und grünes Licht befindet.
Gemäß der 8B bis 8D sind die Farbeinheiten 2 in einem quadratischen Muster angeordnet. In 8B sind auf einer Diagonalen liegende zwei Farbeinheiten 2, G für grünes Licht angebracht. An einer anderen Diagonalen befinden sich die Farbeinheiten 2, R, 2, B für rotes und blaues Licht.
In 8C ist, im Vergleich zu 8B, eine der grün emittierenden Farbeinheiten durch eine gelb emittierende Farbeinheit 2, Y ersetzt. Entsprechendes gilt hinsichtlich 8D, wobei eine weißes Licht emittierende Farbeinheit 2, W anstatt der gelben Farbeinheit 2, Y vorhanden ist.
Gemäß 8E sind lediglich zwei der Farbeinheiten vorhanden, eine Farbeinheit 2, B zur Erzeugung von blauem Licht und eine weitere Farbeinheit 2, Y zur Erzeugung von gelblichem Licht.
In 8F ist dargestellt, dass die Farbeinheit 2, G für grünes Licht in Draufsicht gesehen größer ist als die beiden verbleibenden, gleich großen Farbeinheiten 2, B, 2, R für rotes und blaues Licht. Beispielsweise ist die Farbeinheit 2, G um mindestens einen Faktor 1, 2 und/oder um höchstens einen Faktor 2, 5 größer als die anderen Farbeinheiten 2, B, 2, R, wie dies auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten kann.
Gemäß 8G sind alle Farbeinheiten unterschiedlich groß. Beispielsweise ist die Farbeinheit 2, R für rotes Licht in diesem Fall am größten, etwa um eine geringere Leuchtstoffeffizienz auszugleichen.
Beim Ausführungsbeispiel der 8H sind die zwei gleich großen Farbeinheiten 2, B, 2, R in einer geraden Linie angeordnet, die in Draufsicht gesehen größere Farbeinheit 2, G befindet sich mittig an den Farbeinheiten 2, B, 2, R. Somit kann durch die Farbeinheiten 2, B, 2, R, 2 G ein Dreieck aufgespannt sein, wie etwa auch in 8A möglich.
In 9 ist in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Videoanzeigeeinrichtung 10 dargestellt. An einer Anzeigefläche 11 sind mehrere der Bildpunkteeinheiten 1 in einem regelmäßigen Muster matrixförmig aufgebracht. Dabei können alle Arten von Bildpunkteeinheiten 1 zum Einsatz kommen, wie in Verbindung mit den 1 bis 8 beschrieben. Ein Abstand zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten 1 ist dabei erheblich größer als zwischen Farbeinheiten 2 innerhalb der Bildpunkteeinheiten 1. Somit bedecken die Bildpunkteeinheiten 1 nur einen vergleichsweise kleinen Teil der Anzeigefläche 11.
Weitere Komponenten der Videoanzeigeeinrichtung 10 wie elektrische Verbindungen, Leiterbahnen, Treiberschaltungen, optische Isolierungen zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten 1 oder Abbildungsoptiken sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Bildpunkteeinheit
2: Farbeinheit
20: Emissionsseite
21: Halbleiterschichtenfolge
22: Leuchtstoff
23: Aufwachssubstrat
26: Montageseite
28: Einheitenträger
3: Träger
41: elektrischer Anschluss gegenüber der Emissionsseite
42: elektrischer Anschluss an der Emissionsseite
43: metallische Befestigungsschicht
5: lichtundurchlässige Zwischenschicht
10: Videoanzeigeeinrichtung
11: Anzeigefläche der Videoanzeigeeinrichtung
R: rot
G: grün
B: blau
Y: gelb
W: weiß

Claims

Bildpunkteeinheit (1) mit mindestens zwei und höchstens sechs unabhängig voneinander ansteuerbaren Farbeinheiten (2) zur verschiedenfarbigen Emission von Licht an einer Emissionsseite (20), wobei – die Farbeinheiten (2) auf derselben Halbleiterschichtenfolge (21) basieren und eine Primärstrahlung derselben spektralen Zusammensetzung emittieren, – zumindest eine der Farbeinheiten (2) einen Leuchtstoff (22) zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung umfasst, – die Farbeinheiten (2) einzige mechanische Einheit bilden, und – sich zumindest ein elektrischer Anschluss (42) zur externen elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Farbeinheit (2) sich an der Emissionsseite (20) befindet und/oder sich die Halbleiterschichtenfolge (21) an einem lichtdurchlässigen Aufwachssubstrat (23) befindet.
Bildpunkteeinheit (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der sich die Halbleiterschichtenfolge (2) und/oder das Aufwachssubstrat (23) durchgehend über alle Farbeinheiten (2) erstreckt, sodass die Farbeinheiten (2) monolithisch integriert sind.
Bildpunkteeinheit (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen den Farbeinheiten (2) vollständig und das Aufwachssubstrat (23) zu mindestens 50 % und höchstens 95 %, bezogen auf eine Dicke des Aufwachssubstrats (23), durchtrennt ist.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen benachbarten Farbeinheiten (2) eine lichtundurchlässige Zwischenschicht (5) zur optischen Isolation der Farbeinheiten (2) voneinander eingebracht ist, wobei durch die Zwischenschicht (5) mindestens ein Teil einer mechanisch tragenden Verbindung zwischen den Farbeinheiten (2) realisiert ist.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in Draufsicht auf die Emissionsseite (20) gesehen eine mittlere Kantenlänge jeder der Farbeinheiten (2) zwischen einschließlich 40 µm und 300 µm beträgt und ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Farbeinheiten (2) zwischen einschließlich 2 µm und 20 µm liegt.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die genau drei der Farbeinheiten (2) umfasst, die unabhängig voneinander zur Erzeugung von Licht der folgenden Farben eingerichtet sind: rot, grün, blau.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die genau vier der Farbeinheiten (2) umfasst, die unabhängig voneinander zur Erzeugung von Licht der folgenden Farben eingerichtet sind: rot, grün, grün, blau oder rot, grün, blau, gelb oder rot, grün, blau, weiß.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Farbeinheiten (2) elektrisch voneinander isoliert sind.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich an einer der Emissionsseite (20) gegenüberliegenden Montageseite (26) eine durchgehende, sich über alle Farbeinheiten (2) erstreckende metallische Befestigungsschicht (43) befindet, die elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge (21) isoliert ist.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich an einer der Emissionsseite (20) gegenüberliegenden Montageseite (26) eine durchgehende, sich über alle Farbeinheiten (2) erstreckende metallische Befestigungsschicht (43) befindet, die einen gemeinsamen elektrischen Anschluss (41) für alle Farbeinheiten (2) bildet.
Bildpunkteeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der sich die je genau zwei elektrischen Anschlüsse (41, 42) der Farbeinheiten (2) an der Emissionsseite (20) befinden.
Bildpunkteeinheit (1) nach Anspruch 10, die oberflächenmontierbar ist, wobei sich die elektrischen Anschlüsse (41, 42) der Farbeinheiten (2) an der Montageseite (26) befinden und je ein elektrischer Anschluss (42) der Farbeinheiten (2) je ringsum von der Befestigungsschicht (43) umgeben ist, in Draufsicht auf die Montageseite (26) gesehen.
Bildpunkteeinheit (1) nach Anspruch 8, bei der sich die je genau zwei elektrischen Anschlüsse (41, 42) der Farbeinheiten (2) an einer der Emissionsseite (20) gegenüberliegenden Montageseite (26) befinden, wobei je einer der elektrischen Anschlüsse (41), in Draufsicht auf die Montageseite (26) gesehen, ringsum von den flächig gestalteten anderen elektrischen Anschlüsse (42) umgeben ist.
Videoanzeigeeinrichtung (10) mit einer Vielzahl von Bildpunkteeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die Bildpunkteeinheit (1) je genau einen Bildpunkt der Videoanzeigeeinrichtung (10) bilden und matrixförmig angeordnet sind, – ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Bildpunkteeinheiten (1) um mindestens einen Faktor 3 größer ist als ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Farbeinheiten (2) innerhalb der Bildpunkteeinheiten (1), und – die Halbleiterschichtenfolge (21) der Bildpunkteeinheiten (1) höchstens 3 % einer Anzeigefläche (11) der Videoanzeigeeinrichtung (10) ausmacht.