DE19603444A1 - LED-Vorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine LED-Vorrichtung, bei der
mindestens ein LED-Chip mit mindestens einer Oberseitenkon
taktmetallisierung vorgesehen ist und die Oberseitenkontakt
metallisierung mit mindestens einem ersten elektrischen Lei
ter verbunden ist.
Derartige LED-Vorrichtungen sind beispielsweise aus Cuno, H.
H.; Heider, A. Das LED-Display, ein vielseitiges Anzei
genelement; elektronik industrie 1-1991 bekannt. Hierin ist
ein LED-Segment beschrieben, bei der ein eine Oberseitenkon
taktmetallisierung und eine Unterseitenkontaktmetallisierung
aufweisender LED-Chip mit seiner Unterseite auf einem ersten
elektrischen Anschlußteil befestigt ist. Die Oberseitenkon
taktmetallisierung ist mit einem Kontaktierdraht versehen,
der die Oberseitenkontaktmetallisierung mit einem zweiten
elektrischen Anschlußteil verbindet.
Weiterhin sind LED-Vorrichtungen der eingangs genannten Art
bekannt, bei denen eine Mehrzahl von LED-Chips mit ihren Un
terseitenkontaktmetallisierungen entsprechend einem vorgege
benen Raster auf Leiterbahnen einer Platine befestigt sind,
die die Unterseitenkontaktmetallisierungen zeilen- oder spal
tenweise untereinander elektrisch leitend verbinden. Die
Oberseitenkontaktmetallisierungen sind als Bondpad ausgebil
det und mittels Bonddrähten spalten- bzw. zeilenweise unter
einander elektrisch leitend verbunden. Zum Schutz gegen me
chanische Beschädigung ist über den LED-Chips meist eine
durchsichtige Kunststoffplatte angeordnet, die zusammen mit
der Platine in ein Kunststoffgehäuse eingebaut ist.
Bei sogenannten intelligenten LED-Anzeigevorrichtungen, die
z. B. unter der Bezeichnung "Intelligent Display®" im Handel
und derzeit nach dem oben beschriebenen Prinzip aufgebaut
sind, sind die Zeilen und Spalten an eine elektronische An
steuerschaltung angeschlossen, die die LED-Chips derart mit
Strom bzw. Stromimpulsen versorgt (Pulscode-Modulation), daß
sie nach einem vorgegebenen Muster aufleuchten. Die Ansteuer
schaltung kann beispielsweise auf der Rückseite der Platine
oder auch extern angebracht sein. Solche intelligenten LED-
Anzeigevorrichtungen werden z. B. in Mobiltelefonen zur Tele
fonnummern- und Betriebszustandsanzeige eingesetzt, da sie
selbstleuchtend sind und daher keine zusätzliche Beleuchtung,
wie sie beispielsweise bei LCD-Displays notwendig ist, benö
tigen.
Die oben beschriebenen bekannten LED-Vorrichtungen werden
mittels herkömmlicher Die- und Wirebondtechniken hergestellt.
Die Oberseitenkontaktmetallisierungen sind als Bondpads aus
gebildet und decken damit einen Teil der Lichtaustrittsflä
chen der LED-Chips ab. Damit das Verhältnis von Licht
austrittsfläche zu Bondpadfläche und somit die Lichtausbeute
aus einem LED-Chip nicht zu gering wird, darf bei den heute
zur Verfügung stehenden herkömmlichen Bondtechniken der Quer
schnitt des LED-Chips in Draufsicht 0,2 × 0,2 mm² nicht un
terschreiten.
Die Kosten, das Gewicht und die Abmessungen der o. g. LED-
Vorrichtungen sind im wesentlichen von der Größe der LED-
Chips abhängig. Ebenso ist die Leuchtpunktdichte (Anzahl der
Leuchtdioden pro Flächeneinheit) und damit auch die Bildqua
lität der oben beschriebenen LED-Displays im wesentlichen von
der Größe der einzelnen LED-Chips und deren Abstand voneinan
der abhängig. Eine Verringerung der Baugröße der LED-Chips
ist daher besonders erstrebenswert.
Eine Reduktion der Chipfläche auf beispielsweise 0,15 × 0,15
mm² würde eine deutliche Reduzierung der Bondpadfläche erfor
dern, um nicht gleichzeitig die Lichtausbeute aus dem LED-
Chip drastisch zu verschlechtern. Dies würde aber bei einem
Einsatz herkömmlicher Bondtechniken erhebliche technische
Probleme mit sich bringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine LED-Vor
richtung zu entwickeln, bei der die Größe der LED-Chips ver
ringert ist. Gleichzeitig soll diese LED-Vorrichtung eine ge
ringe Baugröße und ein geringes Gewicht aufweisen, kostengün
stig herstellbar sein und hohe mechanische und thermische
Stabilität besitzen.
Diese Aufgabe wird durch eine LED-Vorrichtung der eingangs
genannten Art gelöst, bei der über der Oberseitenkontaktme
tallisierung ein lichtdurchlässiger erster Leiterbahnträger
angeordnet ist, an dem der erste elektrische Leiter ange
bracht ist.
Die Erfindung kann sowohl bei Vorrichtungen mit einer Mehr
zahl von LED-Chips als auch bei Vorrichtungen mit einem ein
zigen LED-Chip verwendet werden.
Da es bei der erfindungsgemäßen LED-Vorrichtung nicht erfor
derlich ist, die Oberseitenkontaktmetallisierung des LED-
Chips mit einem Bonddraht zu versehen, kann vorteilhafter
weise erstens die Oberseitenkontaktmetallisierung bedeutend
kleiner ausgebildet sein als bisher und ist zweitens nicht
mehr die Positionierungstoleranz eines zur Herstellung einge
setzten Drahtbonders der entscheidende Parameter für die
Größe des LED-Chips, sondern die Genauigkeiten, mit der der
LED-Chip und der erste elektrische Leiter auf dem ersten Lei
terbahnträger positioniert werden können. Darüberhinaus kann
auch der Querschnitt des ersten elektrischen Leiters gegen
über dem Drahtdurchmesser herkömmlicher Bonddrähte deutlich
verringert werden. Aus diesen Gründen ist es mit der erfin
dungsgemäßen LED-Vorrichtung möglich, die Abmessungen des
LED-Chips zu verringern und damit die Leuchtpunktdichte von
LED-Displays zu erhöhen. Außerdem kann vorteilhafterweise bei
der erfindungsgemäßen LED-Vorrichtung die Lichtausbeute aus
den LED-Chips gegenüber der herkömmlich verwendeter LED-Chips
verbessert sein.
Die erfindungsgemäße LED-Vorrichtung hat den Vorteil, daß
LED-Chips mit den Abmessungen von z. B. 0,15 × 0,15 mm², 0,12
× 0,12 mm² oder noch kleiner verwendet werden können. Dadurch
können vorteilhafterweise die Materialkosten für LED-Vorrich
tungen und deren Gewicht deutlich gesenkt werden. Zudem kann
vorteilhafterweise der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen
LED-Vorrichtung gegenüber dem herkömmlicher LED-Vorrichtungen
reduziert werden, da die Lichtausbeute von LED-Chips meist
überproportional mit der Stromdichte ansteigt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorge
sehen sein, daß die Oberseitenkontaktmetallisierung eines je
den LED-Chips mehrere in einem Abstand voneinander angeord
nete Kontaktmetallisierungsstreifen aufweist. Damit ist es
möglich, bei einem LED-Chip die von der Oberseitenkontaktme
tallisierung abgedeckte Chipoberfläche weiter zu verringern
und damit die Lichtausbeute aus dem LED-Chip zu erhöhen.
Von Vorteil ist weiterhin, wenn sich die Kontaktmetallisie
rungsstreifen und der dem LED-Chip zugeordnete erste elektri
sche Leiter kreuzen. Damit lassen sich die zulässigen Posi
tionierungstoleranzen für den LED-Chip, den ersten elektri
schen Leiter und den ersten Leiterbahnträger vorteilhafter
weise deutlich erhöhen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese
hen sein, daß jeder erste elektrische Leiter eine Mehrzahl
von in einem Abstand zueinander auf dem ersten Leiterbahnträ
ger aufgebrachte Leiterbahnmetallisierungsstreifen aufweist.
Dadurch ist vorteilhafterweise der von Metallisierungen abge
deckte Bereich auf dem ersten Leiterbahnträger nochmals redu
ziert.
Um die Kontaktierungssicherheit zwischen den Leiterbahnmetal
lisierungsstreifen und der Oberseitenkontaktmetallisierung zu
verbessern, weisen bei einer bevorzugten Weiterbildung der
Erfindung die Leiterbahnmetallisierungsstreifen im Kontaktbe
reich zur Oberseitenkontaktmetallisierung Verbreiterungen,
beispielsweise in Form von Querstegen auf.
Um mögliche Reflexionsverluste innerhalb der LED-Vorrichtung
zu verhindern, können freie Zwischenräume zwischen den Licht
austrittsflächen des LED-Chips und dem ersten Leiterbahnträ
ger oder auch der gesamte freie Zwischenraum zwischen dem
ersten und dem zweiten Leiterbahnträger vorteilhafterweise
mit einem optischen Koppelmedium gefüllt sein, das interne
Reflexionen in der LED-Vorrichtung vermindert.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
sind eine Mehrzahl von LED-Chips in einem vorgegebenen Raster
angeordnet. Die LED-Chips sind bezüglich ihrer Oberseitenkon
taktmetallisierungen mindestens in zwei erste Gruppen und be
züglich ihrer Unterseitenkontaktmetallisierungen mindestens
in zwei zweite Gruppen unterteilt. Die Oberseitenkontaktme
tallisierungen der jeweils zu einer ersten Gruppe gehörenden
LED-Chips sind mittels einer Mehrzahl von ersten elektrischen
Leitern und die Unterseitenkontaktmetallisierungen der je
weils zu einer zweiten Gruppe gehörenden LED-Chips sind mit
tels einer Mehrzahl von zweiten elektrischen Leitern unter
einander verbunden. Die Leuchtpunktdichte derartiger LED-Vor
richtungen ist gegenüber der bekannter LED-Displays deutlich
erhöht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen LED-Vorrichtung besteht
darin, die LED-Chips auf einem zweiten Leiterbahnträger, der
aus einer Mehrzahl von separaten mit zweiten elektrischen
Leitern, z. B. Metallisierungen, versehenen Trägerbalken be
steht, anzuordnen. Dadurch kann bei Verwendung von Materia
lien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizien
ten für den ersten und den zweiten Leiterbahnträger eine Ver
ringerung der mechanischen Spannungen innerhalb der Anzeige
vorrichtung erzielt werden. Idealerweise ist jeder zweite
elektrische Leiter auf einem gesonderten Trägerbalken aufge
bracht oder ausgebildet.
Anstelle der Trägerbalken kann als zweiter Leiterbahnträger
eine einteilige Bodenplatte, auf der die zweiten elektrischen
Leiter aufgebracht oder ausgebildet sind, verwendet sein.
Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von in
der LED-Vorrichtung eingesetzten Materialien können bekann
terweise bei Temperaturschwankungen mechanische Spannungen
hervorrufen, die beispielsweise zu Schädigungen der LED-Chips
führen können. Um dies so weit als möglich zu unterbinden,
sind bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der er
findungsgemäßen Vorrichtung der erste und der zweite Leiter
bahnträger aus Materialien hergestellt, die ähnliche thermi
sche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß die zweiten elektrischen Leiter oder Verbindungs
mittel zwischen den Unterseitenkontaktmetallisierungen und
den zweiten elektrischen Leitern plastisch oder elastisch ver
formbar ausgebildet sind. Damit können Toleranzen in den
Chipabmessungen und/oder Unebenheiten des ersten und/oder
zweiten Leiterbahnträgers ausgeglichen werden.
Zur Erfüllung des gleichen Zwecks ist es ebenso denkbar, ei
nen der beiden oder beide Leiterbahnträger vorteilhafterweise
als Folie auszubilden, die mit Leiterbahnen versehen ist.
Selbstverständlicherweise sind auch sämtliche dem Fachmann
als sinnvoll erscheinende Kombinationen der oben genannten
Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung dreier Ausfüh
rungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 7. Es zei
gen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht
des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2b eine schematische Darstellung eines Schnittes durch
das zweite Ausführungsbeispiel entlang der in Fig.
2a eingezeichneten Linie A-A;
Fig. 2c eine schematische Darstellung eines Schnittes durch
das zweite Ausführungsbeispiel entlang der in Fig.
2a eingezeichneten Linie B-B;
Fig. 3a eine schematische Darstellung eines im zweiten Aus
führungsbeispiel verwendeten LED-Chips;
Fig. 3b eine schematische Darstellung der Draufsicht auf ei
nen im zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten LED-
Chips;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines dritten Aus
führungsbeispieles der erfindungsgemäßen LED-Vor
richtung;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsge
mäßen LED-Vorrichtung, bei der zwischen den LED-
Chips und dem ersten Leiterbahnträger ein optisches
Koppelmedium angeordnet ist;
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsge
mäßen LED-Vorrichtung, bei der Zwischenraum zwischen
dem ersten und dem zweiten Leiterbahnträger mit ei
nem optischen Koppelmedium gefüllt ist.
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsge
mäßen LED-Vorrichtung, bei der der zweite Leiter
bahnträger elektrisch leitende Durchführungen auf
weist.
Bei der LED-Vorrichtung 1 von Fig. 1 weist der LED-Chip 2
einen Halbleiterkörper 5, eine Oberseitenkontaktmetallisie
rung 8 und eine Unterseitenkontaktmetallisierung 6 auf. Der
Halbleiterkörper 5 besteht beispielsweise aus einer herkömm
lichen lichtemittierenden Schichtenfolge aus III/V-Halblei
termaterialien oder aus anderen zur Herstellung von LED-Chips
geeigneten Materialkombinationen (man vgl. dazu und zu den
Materialien für die Oberseiten- 8 und die Unterseitenkontakt
metallisierung 6 die Fig. 2a und 2b mit zugehörigem Be
schreibungsteil).
Über dem LED-Chip 2 ist ein lichtdurchlässiger erster Leiter
bahnträger 15 mit einem ersten elektrischen Leiter 16 ange
ordnet. Der erste Leiterbahnträger 15 ist z. B. aus Glas,
Kunststoff, Halbleitermaterial (z. B. SiC für λ < 400 nm, GaP
für λ < 550 nm, GaAs für λ < 900 nm usw.) oder einem anderen
geeigneten lichtdurchlässigen Material gefertigt und als er
ster elektrischer Leiter ist beispielsweise eine mittels Auf
dampfen oder Sputtern aufgebrachte Schicht aus Au, AI, einer
Al-Basislegierung oder einem anderen geeigneten elektrisch
leitenden Werkstoff verwendet.
Der erste elektrische Leiter 16 ist mit der Oberseitenkon
taktmetallisierung 8 beispielsweise mittels eines metalli
schen Lotes (z. B. PbSn-Lot) oder mittels eines elektrisch
leitenden Klebstoffes verbunden. Zum Löten kann z. B. ein La
serlötverfahren eingesetzt werden, bei dem der Laserstrahl
durch den ersten Leiterbahnträger 15 hindurch zur Lötstelle
geführt ist.
Unterhalb des LED-Chips 2 befindet sich ein zweiter Leiter
bahnträger 31 der beispielsweise aus Glas, Glaskeramik,
Kunststoff, Halbleitermaterial oder Metall besteht. Im Falle
der Verwendung eines isolierenden Materials für den zweiten
Leiterbahnträger 31 ist auf diesem ein zweiter elektrischer
Leiter 13, beispielsweise in Form einer Schicht aus Au, Al
und/oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Mate
rial ausgebildet. Im Falle eines zweiten Leiterbahnträgers 31
aus Halbleitermaterial kann der zweite elektrische Leiter 13
als hochdotiertes Gebiet ausgebildet sein. Der zweite elek
trische Leiter 13 bzw. der Leiterbahnträger 31 ist z. B. mit
tels eines Verbindungsmittels 14 aus metallischem Lot, Kleb
stoff usw. mit der Unterseitenkontaktmetallisierung 6 elek
trisch leitend verbunden.
Um mögliche Toleranzen in der Größe verschiedener LED-Chips
und/oder Unebenheiten der Leiterbahnträger 15, 31 auszuglei
chen, kann das Verbindungsmittel 14, der zweite elektrische
Leiter 13, der erste Leiterbahnträger 15 und/oder der zweite
Leiterbahnträger 31 plastisch oder elastisch verformbar aus
gebildet sein.
Bei dem in den Fig. 2a bis 2c dargestellten zweiten Aus
führungsbeispiel der erfindungsgemäßen LED-Vorrichtung 1 sind
die LED-Chips 2 in Zeilen 3 und Spalten 4 angeordnet. Die
LED-Chips 2 weisen jeweils einen Halbleiterkörper 5, eine Un
terseitenkontaktmetallisierung 6 und eine aus drei Metalli
sierungsstreifen 7 bestehende Oberseitenkontaktmetallisierung
8 auf.
Der Halbleiterkörper 5 - man vgl. dazu die Fig. 3a und 3b
- setzt sich beispielsweise aus einem n-leitenden GaP-
Substrat 9, einer über dem Substrat 9 angeordneten n-leiten
den GaAsP-Schicht 10 und einer über der GaAsP-Schicht 10 an
geordneten p-leitenden GaAsP-Schicht 11 zusammen. Er kann je
doch auch jede andere zur Herstellung von Leuchtdioden geeig
nete Materialkombination bzw. Schichtenfolge aufweisen. Be
kannt sind z. B. Leuchtdioden aus GaxAlx-1As (0 x 1),
(GaAlIn)P, GaxInx-1AsyP1-y (0 x 1; 0 y 1) , GaxAlx-1N (0
x 1), GaxInx-1N (0 x 1), ZnSe und/oder SiC.
Die Kontaktmetallisierungsstreifen 7 sind beispielsweise mit
tels Aufdampfen oder Sputtern hergestellt. Im zweiten Ausfüh
rungsbeispiel handelt es sich hierbei um p-Metallisierungen,
die sich z. B. jeweils aus einer auf der p-leitenden GaAsP-
Schicht 11 aufgebrachten Ti-Schicht 23, einer über der Ti-
Schicht 23 angeordneten Pt-Schicht 24 und einer über der Pt-
Schicht 23 angeordneten AuSn-Schicht 25 zusammensetzen. Die
Art des Metalls und die Schichtenfolge für die Oberseitenkon
taktmetallisierungen 8 ist natürlich von der jeweiligen Mate
rialkombination der verwendeten Halbleiterkörper 5 abhängig.
Der Fachmann kann selbstverständlicherweise jede ihm für das
jeweilige Halbleitermaterial als geeignet bekannte Metalli
sierung verwenden.
Die Unterseitenkontaktmetallisierungen 6 weisen beispiels
weise ebenfalls einen Dreischichtaufbau auf, bestehend aus
einer AuGe-Schicht 26 (99 : 1), einer Ni-Schicht 27 und einer
Au-Schicht 28. Auch hier ist die Art des eingesetzten Metalls
von der Materialkombination des Halbleiterkörpers 5 abhängig.
Unterhalb den LED-Chips 2 befindet sich eine Mehrzahl von
Trägerbalken 12, auf deren Oberseite jeweils ein zweiter
elektrischer Leiter 13, z. B. in Form einer Metallisierungs
schicht 32, aufgebracht ist. Jeder LED-Chip 2 ist mittels ei
nes elektrisch leitenden Verbindungsmittels 14, z. B. ein me
tallisches Lot oder ein elektrisch leitender Klebstoff, mit
dem zugeordneten zweiten elektrischen Leiter 13 verbunden.
Die Trägerbalken 12 sind so angeordnet, daß der zweite elek
trische Leiter 13 jeweils eines Trägerbalkens 12 die Unter
seitenkontaktmetallisierungen 6 der jeweils zu einer Zeile 3
gehörenden LED-Chips 2 untereinander elektrisch leitend ver
bindet.
Die Trägerbalken 12 können beispielsweise aus Kunststoff,
Glaskeramik, Glas, Halbleitermaterial, Epoxydharz, Pertinax
oder aus einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Die zweiten elektrischen Leiter 13 bestehen beispielsweise
aus Cu, Al, einer Al-Basislegierung oder aus einem anderen
geeigneten metallischen Werksoff und sind beispielsweise
mittels Aufdampfen oder Sputtern auf die Trägerbalken 12 auf
gebracht. Ebenso ist es denkbar, für die Trägerbalken 12 an
sich ein elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise
Cu, oder ein Halbleitermaterial, wie z. B. Si, zu verwenden.
Im Falle von elektrisch leitenden Trägerbalken 12 sind keine
Metallisierungsschichten 32 erforderlich und im Falle von
Trägerbalken 12 aus Halbleitermaterial können anstelle der
Metallisierungsschichten 32 die Oberseiten der Trägerbalken
12 hochdotiert sein und damit eine ausreichende elektrische
Leitfähigkeit aufweisen.
Oberhalb der LED-Chips 2 befindet sich ein lichtdurchlässiger
Leiterbahnträger 15, der beispielsweise aus Glas, Kunststoff,
Halbleitermaterial oder aus einem anderen geeigneten Werk
stoff besteht. Der Leiterbahnträger 15 weist eine Mehrzahl
von parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen auf, von
denen wiederum jede aus drei parallel zueinander verlaufenden
Leiterbahnmetallisierungsstreifen 17 besteht und einen ersten
elektrischen Leiter 16 bildet. Die Leiterbahnen sind derart
angeordnet, daß jeweils die Oberseitenkontaktmetallisierungen
8 der zu einer Spalte gehörenden LED-Chips 2 untereinander
elektrisch leitend verbunden sind.
Die Leiterbahnmetallisierungsstreifen 17 bestehen beispiels
weise wiederum aus Au, Al, einer Al-Basislegierung oder aus
einem anderen geeigneten metallischen Werkstoff und sind bei
spielsweise mittels Aufdampfen oder Sputtern auf dem Leiter
bahnträger 15 aufgebracht. Die Zahl der Leiterbahnmetalli
sierungsstreifen 17 ist beliebig und nicht auf drei be
schränkt. Im Falle eines Leiterbahnträgers 15 aus Halblei
termaterial wie zum Beispiel Si, können die ersten elektri
schen Leiter 16 als hochdotierte Streifen im Leiterbahnträger
15 ausgebildet sein.
Am unteren Ende von jeder Spalte 4 befindet sich zwischen dem
Leiterbahnträger 15 und einer Anodenanschlußplatte 20 jeweils
ein sogenannter Jumper-Chip 18, beispielsweise ein Silizium-
Chip, der die ersten elektrischen Leiter 16 elektrisch lei
tend mit einer auf der Anodenanschlußplatte 20 befindlichen
Anodenanschlußmetallisierung 19 auf verbindet. Damit sind
sämtliche Anschlüsse für das aus Zeilen 3 und Spalten 4 be
stehende LED-Feld in einer Ebene angeordnet, was sich vor
teilhaft für die weiteren Herstellungsprozesse, wie bei
spielsweise Anschließen an eine elektrische Ansteuerschal
tung, auswirkt.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, daß
die Zahl der Kontaktmetallisierungsstreifen 7 je Oberseiten
kontaktmetallisierung 8 und die Zahl der Leiterbahnmetalli
sierungsstreifen 17 je ersten elektrischen Leiter 16 beliebig
sein kann und nicht auf drei beschränkt ist.
Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen LED-Vorrichtung unterscheidet sich vom er
sten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur dadurch, daß an
stelle der Trägerbalken 12 eine einzige Bodenplatte 21 ver
wendet ist. Auf dieser Bodenplatte 21, die beispielsweise aus
Glas, Glaskeramik, Halbleitermaterial, aus Kunststoff (z. B.
HT-Thermoplast) oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff
besteht, sind zweite elektrische Leiter 13 - beispielsweise
mittels Aufdampfen oder Sputtern hergestellte Metallisie
rungsschichten - aufgebracht, die entsprechend dem zweiten
Ausführungsbeispiel die Unterseitenkontaktmetallisierungen 6
der jeweils zu einer Zeile gehörenden LED-Chips 2 untereinan
der elektrisch leitend verbinden. Ebenso sind auf dieser Bo
denplatte 21 Anodenanschlußmetallisierungen 19 aufgebracht,
die über Jumper-Chips 18 mit den ersten elektrischen Leitern
16 elektrisch leitend verbunden sind. Die restlichen Bestand
teile der LED-Vorrichtungen gemäß dem dritten Ausführungsbei
spiel nach Fig. 3 entsprechen denen des zweiten Ausfüh
rungsbeispieles nach Fig. 2a und sind mit denselben Bezugs
zeichen versehen.
Im Falle einer Bodenplatte 21 aus Halbleitermaterial, wie z. B.
Si, können anstelle von Metallisierungsschichten und/oder
der Anodenanschlußmetallisierungen 19 in der Bodenplatte 21
hochdotierte Gebiete ausgebildet sein, die die zweiten elek
trischen Leiter 13 bzw. die Anodenanschlüsse bilden.
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist von wesentlicher Bedeu
tung, daß für die Bodenplatte 21 und für den ersten Leiter
bahnträger 15 möglichst Materialien verwendet sind, die einen
ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Eine
stark unterschiedliche thermische Ausdehnung von Bodenplatte
21 und Leiterbahnträger 15 würde nämlich bei Temperatur
schwankungen zu erheblichen mechanischen Spannungen in der
LED-Vorrichtung 1 führen,die bekannterweise die Funktionsei
genschaften und die Alterungsbeständigkeit von LED-Vorrich
tungen beeinträchtigen können.
Um die Lichtauskopplung aus der LED-Vorrichtung 1 zu erhöhen,
kann, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, zwischen der Licht
austrittsfläche eines jeden LED-Chips 2 und dem Leiterbahn
träger 15 ein Koppelmedium 22 angeordnet sein bzw. der Zwi
schenraum zwischen Trägerbalken 12/Bodenplatte 21 und Lei
terbahnträger 15 mit einem Koppelmedium 22 ausgefüllt sein.
Das Koppelmedium 22 kann beispielsweise aus Epoxidharz, Sili
kon oder aus einem anderen dem Fachmann als geeignet bekann
ten Material bestehen.
Denkbar ist auch, daß die LED-Chips nicht in Zeilen und Spal
ten sondern diagonal, ringförmig oder in anderer Art und
Weise angeordnet und in erste und zweite Gruppen verschaltet
sind.
Bei Verwendung einer Bodenplatte 21 als Träger für die zwei
ten elektrischen Leiter 13 kann die elektronische Ansteuer
schaltung 29 (Fig. 4) für die LED-Vorrichtung 1 auf der Rück
seite der Bodenplatte 21 angeordnet sein.
Weiterhin ist es denkbar, daß die Unterseitenkontaktmetalli
sierungen 6 und/oder die zweiten elektrischen Leiter 13 mit
tels elektrisch leitender Durchführungen (Vias) 30 (man vgl.
Fig. 7) durch die Bodenplatte 21 hindurch mit der elektroni
schen Ansteuerschaltung 29 verbunden sind. Mit dieser Weiter
bildung der Erfindung ist die Herstellung eines Kontinuums
aus LED-Chips 2 möglich.
Weiterhin ist es möglich die Bodenplatte als sogenannte Mul
tilayer-Platine auszubilden, wodurch die notwendige Fläche
für die Leiterbahnanordnung der Bodenplatte 21 verringert
werden kann.
Um beim zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel mögliche To
leranzen in den Abmessungen der LED-Chips und/oder Unebenhei
ten des ersten und/oder des zweiten Leiterbahnträgers 15 bzw.
31 auszugleichen, können vorteilhafterweise der erste Leiter
bahnträger 15, der zweite Leiterbahnträger 31, die ersten
elektrischen Leiter 13, die zweiten elektrischen Leiter
und/oder das Verbindungsmittel 14 plastisch oder elastisch
verformbar ausgebildet sein. Demgemäß kann der erste Leiter
bahnträger 15 und/oder der zweite Leiterbahnträger 31 als
strukturiert leitfähige Folie ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
1 LED-Vorrichtung
2 LED-Chip
3 Pfeile
4 Spalte
5 Halbleiterkörper
6 Unterseitenkontaktmetallisierung
7 Kontaktmetallisierungsstreifen
8 Oberseitenkontaktmetallisierung
9 n-leitendes GaP-Substrat
10 n-leitende GaAsP-Schicht
11 p-leitende GaAsP-Schicht
12 Trägerbalken
13 zweiter elektrischer Leiter
14 Verbindungsmittel
15 erster Leiterbahnträger
16 erster elektrischer Leiter
17 Leiterbahnmetallisierungsstreifen
18 Jumper-Chip
19 Anodenanschlußmetallisierung
20 Anodenanschlußplatte
21 Bodenplatte
22 Koppelmedium
23 Ti-Schicht
24 Pt-Schicht
25 AuSn-Schicht
26 AuGe-Schicht
27 Ni-Schicht
28 Au-Schicht
29 Ansteuerschaltung
30 Durchführung (Via)
31 zweiter Leiterbahnträger
32 Metallisierungsschicht
2 LED-Chip
3 Pfeile
4 Spalte
5 Halbleiterkörper
6 Unterseitenkontaktmetallisierung
7 Kontaktmetallisierungsstreifen
8 Oberseitenkontaktmetallisierung
9 n-leitendes GaP-Substrat
10 n-leitende GaAsP-Schicht
11 p-leitende GaAsP-Schicht
12 Trägerbalken
13 zweiter elektrischer Leiter
14 Verbindungsmittel
15 erster Leiterbahnträger
16 erster elektrischer Leiter
17 Leiterbahnmetallisierungsstreifen
18 Jumper-Chip
19 Anodenanschlußmetallisierung
20 Anodenanschlußplatte
21 Bodenplatte
22 Koppelmedium
23 Ti-Schicht
24 Pt-Schicht
25 AuSn-Schicht
26 AuGe-Schicht
27 Ni-Schicht
28 Au-Schicht
29 Ansteuerschaltung
30 Durchführung (Via)
31 zweiter Leiterbahnträger
32 Metallisierungsschicht
Claims (17)
1. LED-Vorrichtung (1), bei der mindestens ein LED-Chip (2)
mit mindestens einer Oberseitenkontaktmetallisierung (8) vor
gesehen ist und die Oberseitenkontaktmetallisierung (8) mit
mindestens einem ersten elektrischen Leiter (16) verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß über der Obersei
tenkontaktmetallisierung (8) ein lichtdurchlässiger erster
Leiterbahnträger (15) angeordnet ist, an dem der erste elek
trische Leiter (16) angebracht ist.
2. LED-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ober
seitenkontaktmetallisierung (8) mehrere in einem Abstand von
einander angeordnete Kontaktmetallisierungsstreifen (7) auf
weist.
3. LED-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ober
seitenkontaktmetallisierung (8) den dieser zugeordneten er
sten elektrischen Leiter (16) kreuzt.
4. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische
Leiter (16) eine Mehrzahl von in einem Abstand zueinander auf
dem ersten Leiterbahnträger (15) aufgebrachten Leiterbahnme
tallisierungsstreifen (17) aufweist.
5. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der LED-Chip (2) minde
stens eine Unterseitenkontaktmetallisierung (6) aufweist, die
mit einem auf einem zweiten Leiterbahnträger (31) angeordne
ten zweiten elektrischen Leiter (13) elektrisch leitend ver
bunden ist.
6. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein freier Zwischenraum
zwischen einer Lichtaustrittsfläche des LED-Chips (2) und dem
ersten Leiterbahnträger (15) mit einem optischen Koppelmedium
(22) gefüllt ist.
7. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) eine Mehrzahl von LED-Chips (2) nach einem vorgegebenen Raster angeordnet sind,
- b) die LED-Chips (2) bezüglich ihrer Oberseitenkontaktmetal lisierungen (8) mindestens in zwei erste Gruppen (4) und bezüglich ihrer Unterseitenkontaktmetallisierungen (6) mindestens in zwei zweite Gruppen (3) unterteilt sind,
- c) die Oberseitenkontaktmetallisierungen (8) der jeweils zu einer ersten Gruppe gehörenden LED-Chips (2) untereinander mittels einer Mehrzahl von ersten elektrischen Leitern (16) verbunden sind und
- d) die Unterseitenkontaktmetallisierungen (6) der jeweils zu einer zweiten Gruppe gehörenden LED-Chips (2) untereinan der mittels einer Mehrzahl von zweiten elektrischen Lei tern (13) verbunden sind.
8. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von LED-
Chips (2) in Zeilen und Spalten angeordnet ist.
9. LED-Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die ersten (16) und die zweiten elek
trischen Leiter (13) an eine Ansteuerschaltungsanordnung (29)
angeschlossen sind.
10. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leiterbahn
träger (31) aus einer Mehrzahl von unterhalb der Anzahl von
LED-Chips (2) angeordneten Trägerbalken (12) besteht.
11. LED-Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite elektri
sche Leiter (13) auf einem separaten Trägerbalken (12) aufge
bracht oder ausgebildet ist.
12. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leiterbahn
träger (31) eine Bodenplatte (21) ist.
13. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste (15) und der
zweite Leiterbahnträger (31) aus Materialien bestehen, die
einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufwei
sen.
14. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß der erste Leiterbahnträger
(15) aus einem elastischen Material gefertigt ist.
15. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß der zweite Leiterbahnträ
ger (31) aus einem elastischen Material gefertigt ist.
16. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zwei
ten Leiter federnd ausgebildet ist.
17. LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der zweiten
elektrischen Leiter mittels elastisch oder plastisch verform
barer Verbindungsmittel (14) mit einer Anzahl der Untersei
tenkontaktmetallisierungen (6) elektrisch leitend verbunden
sind.
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