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1. WO2020104219 - MULTI-PIXEL-ANZEIGEVORRICHTUNG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

MULTI-PIXEL-ANZEIGEVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung .

pLED-Displays umfassen eine Vielzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips für die Pixel des Displays. LEDs kleiner Bauart werden als „Mikro-LEDs" oder „pLEDs" bezeichnet. Sie können mittels Pulsweitenmodulation, kurz „PWM", angesteuert werden. Allerdings können mit zu diesem Zweck verwendeten Dünnschichttransistoren (englisch „Thin Film Transistor", kurz „TFT") lediglich Frequenzen bis zu 1 MHz umgesetzt werden .

Deshalb erfordern viele Anwendungen den Einsatz integrierter Schaltkreise (kurz „IC") , auch als „integrierte Schaltungen" bezeichnet, als Treiber anstatt der zuvor erwähnten TFTs. Um den Kostenaufwand für ICs zu senken, werden mehrere Pixel von einem IC betrieben. Allerdings bringt dieses Vorgehen den Nachteil, dass eine Mehrzahl von angesteuerten pLEDs auf einer relativ großen Trägerfläche um den Treiber-IC herum montiert werden muss, was mit höherem (Kosten- ) Aufwand einhergeht. Zur Kontaktierung des IC müssen viele Anschlüsse und viele schmale elektrische Leiterbahnen zu den pLEDs vorgesehen werden. Das Dokument US 9,318,475 zeigt solch eine Anordnung, bei der viele pLEDs mit Treiber-ICs auf eine

Leiterplatte montiert und mit den Treiber-ICs elektrisch leitend verbunden sind. Ein IC betreibt 12 Pixel mit 36 Subpixeln, also pLEDs, und hat 64 Anschlusskontakte.

Es stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte Anordnung mit mehreren Pixeln vorzusehen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung mit einem integrierten Schaltkreis und einer Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips, die auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet sind. Ein

Anzeigebereich umfasst eine Mehrzahl von Pixeln, wobei jeder der lichtemittierenden Halbleiterchips einem der Pixel zugeordnet ist. Ein lichtlenkendes Element ist zwischen der Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips und dem

Anzeigebereich angeordnet und geeignet, das Licht eines jeden lichtemittierenden Halbleiterchips der Mehrzahl von

lichtemittierenden Halbleiterchips zu dem ihm zugeordneten Pixel zu lenken.

Der integrierte Schaltkreis oder IC ist ein Halbleiterchip, auf dem die lichtemittierenden Halbleiterchips, die

beispielsweise als LEDs oder yLEDs ausgebildet sind, montiert und elektrisch leitend mit dem integrierten Schaltkreis verbunden sind, sodass der integrierte Schaltkreis neben seiner Treiberfunktion für die lichtemittierenden

Halbleiterchips auch eine Trägerfunktion hat. Die

lichtemittierenden Halbleiterchips können ein Gehäuse

aufweisen oder, zwecks kleinerer Baugröße, ungehäust sein.

Die lichtemittierenden Halbleiterchips sind die Lichtquellen für die Pixel im Anzeigebereich. Es sind lichtemittierende Halbleiterchips für mindestens zwei Pixel auf dem IC

vorgesehen. Das Licht wird mittels des lichtlenkenden

Elements vom lichtemittierenden Halbleiterchip an den Ort der Pixel gelenkt. Der Bereich, in dem sich die Pixel im

Anzeigebereich erstrecken, geht über den Bereich, in dem die lichtemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind, hinaus. Der Anzeigebereich mit den Pixeln ist in der Regel größer als die Grundfläche des ICs mit den darauf angeordneten

lichtemittierenden Halbleiterchips. Mit anderen Worten: Die Kernidee umfasst, die lichtemittierenden Halbleiterchips, beispielsweise pLEDs, nicht in jedem Pixel zu platzieren, sondern auf dem Treiber-IC lichtemittierende Halbleiterchips für mehrere Pixel zu platzieren. Der IC ist ein Multi-Pixel-Treiber-IC mit lichtemittierenden Halbleiterchips, deren Licht für die Pixel optisch verteilt wird. Das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips wird durch das

lichtlenkende Element, das auch als Optik bezeichnet werden kann, in die Pixel gelenkt. Das lichtlenkende Element

ermöglicht die Lichtverteilung in die Pixel. Der IC ist vorteilhafterweise so klein wie möglich, um Kosten zu sparen. Nichtsdestotrotz muss ausreichend Platz für die

lichtemittierenden Halbleiterchips vorgesehen sein.

Aus mehreren Multi-Pixel-Anzeigevorrichtungen mit jeweils einem IC kann eine Anzeige oder ein Display ausgebildet werden. Mehrere Multi-Pixel-Anzeigevorrichtungen für die Anzeige können in einer Anzeige integriert sein. Alternativ kann die Anzeige aus mehreren Multi-Pixel- Anzeigevorrichtungsmodulen mit jeweils einem IC aufgebaut sein. Bei der oben beschriebenen Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung sind eine relativ kleine Anzahl von

Pixeln, beispielsweise weniger als 100, für einen Treiber-IC zusammengefasst und viele solcher Treiber-ICs im Display vorgesehen. Der Abstand von der Lichtquelle zur Oberfläche des Anzeigebereichs, vergleichbar mit einem Schirm, auf dem die Abbildung erscheint, ist deutlich geringer als es bei einem Ansatz der Fall wäre, in denen ein dicht gepacktes pLED-Array, das alle Pixel eines Displays umfasst, mit einer Optik auf einen Schirm abgebildet würde. Hierfür wäre ein großer Abstand der Lichtquellen zum Schirm erforderlich.

Beispielsweise sind auf dem IC yLEDs für bis zu 100 Pixel vorgesehen. In einem HD-Display wären dann mindestens 20.000 solcher ICs in entsprechenden Multi-Pixel-Anzeigevorrichtungen .

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung geht mit einem deutlich reduzierten Aufwand bei der elektrischen Verdrahtung und damit auch reduzierten Anforderungen und Kosten für das Substrat, auf dem der IC montiert ist, einher. Eine geringe Anzahl von elektrischen IC-Kontakten ist erforderlich, was mit einer einfachen Montage einhergeht.

Im Gegensatz zum konventionellen Ansatz, bei dem ein IC für jeden lichtemittierenden Halbleiterchip vorgesehen ist, sind weniger ICs erforderlich und die lichtemittierenden

Halbleiterchips werden nicht auf dem Substrat montiert.

Vielmehr können sie dicht und damit kostengünstig auf dem IC vormontiert und getestet werden.

Durch das Vorsehen des lichtlenkenden Elements unterhalb des Anzeigebereichs ist das ESD-Beschädigungsrisiko und das mechanische Beschädigungsrisiko für den IC und die

lichtemittierenden Halbleiterchips gering, weil sie so weit vom Benutzer entfernt sind.

In einer Ausführung der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung ist einem Pixel mehr als ein lichtemittierender Halbleiterchip zugeordnet. Dies kann eine Gruppe mit einem roten, einem blauen und einem grünen lichtemittierenden Halbleiterchip sein. Das lichtlenkende Element ermöglicht eine gute

Lichtmischung in seinen lichtleitenden Bereichen. Rote, grüne und blaue Subpixel sind nicht getrennt sichtbar, selbst bei kurzem Betrachtungsabstand.

In einer Ausführung ist das Pixel, zu dem das emittierte Licht gelenkt wird, seitlich versetzt über dem ihm

zugeordneten lichtemittierenden Halbleiterchip oder der ihm zugeordneten lichtemittierenden Halbleiterchip angeordnet. Da die Grundfläche des Anzeigebereichs größer ist als die des ICs, sind die Pixel üblicherweise jenseits der Grundfläche des ICs mit den lichtemittierenden Halbleiterchips

angeordnet .

In einer Ausführung weist das lichtlenkende Element mit einer Oberseite und einer Unterseite eine Mehrzahl von

lichtleitenden Strukturen jeweils mit einem Einkoppelbereich an der Unterseite und einem der Pixel über einem

Auskoppelbereich an der Oberseite auf. Entlang lichtleitender Strukturen im lichtlenkenden Element läuft das Licht von den lichtemittierenden Halbleiterchips zu den Pixeln. Der

lichtemittierende Halbleiterchip oder die lichtemittierenden Halbleiterchips, die dem Pixel zugeordnet sind, sind

benachbart zum Einkoppelbereich der lichtleitenden Struktur, die das Pixel umfasst, angeordnet. Ein Reflektor kann

seitlich des lichtemittierenden Halbleiterchips oder der lichtemittierenden Halbleiterchips angeordnet sein, um seitlich emittiertes Licht auf den Einkoppelbereich zu lenken .

Das auch als Optik bezeichnete lichtlenkende Element kann ein strukturierter Lichtleiterstapel sein, in dem strukturierte Schichten unterschiedlicher Materialen die lichtleitenden Strukturen ausbilden, indem ein lichtleitendes Kernmaterial den Lichtweg in einem Hüllmaterial vorgibt. Mit anderen

Worten: In dem lichtlenkenden Element ist eine Mehrzahl von Schichten mit lichtleitenden Bereichen vorgesehen. Durch die Stapelung der Schichten mit unterschiedlichen lichtleitenden Bereichen wird ein dreidimensionaler Lichtweg durch den

Schichtenstapel vorgegeben.

Alternativ umfasst das lichtlenkende Element eine

Freistrahloptik, bei der das Licht auf dem Weg von den lichtemittierenden Halbleiterchips zu den Pixeln durch optische Komponenten, die in dem lichtlenkenden Element integriert sind, gelenkt wird. Solch eine Freistrahloptik kann Linsen und andere optische Komponenten aufweisen. Die lichtleitende Struktur ist bei der Freistrahloptik der von optischen Komponenten vorgegebene Weg des Lichts durch die Optik. Ein- und Auskoppelbereich können Öffnungen und/oder optische Bauelemente, z.B. Linsen oder Kollimatoren,

umfassen .

In einer Ausführung weist das lichtlenkende Element zumindest einen Kollimator auf. Ein Kollimator dient zur Erzeugung von Licht mit gebündeltem, insbesondere annähernd parallelem, Strahlengang und ermöglicht die Bündelung des abgestrahlten Lichts .

In einer Ausführung weist das lichtlenkende Element zumindest einen Reflektor, beispielsweise einen Spiegel, zur

Lichtumlenkung auf, um das Licht umzulenken. Die Optik kann eine Freistrahloptik mit planen oder gekrümmten Reflektoren sein .

In einer Ausführung weist das lichtlenkende Element zumindest einen Fokussierer zur Lichtbündelung auf. Solch ein

Fokussierer kann eine Linse umfassen.

In einer Ausführung weist das lichtlenkende Element zumindest einen Lichtwellenleiter auf. Solch ein kabelförmiger

Lichtwellenleiter oder Glasfaser erlaubt die Lichtübertragung entlang des Kabels. Das Kabel kann von einem Füllmaterial zum Schutz und zur mechanischen Stabilisierung umschlossen sein. Die Optik kann ein Faserbündel mit Faserkopplung mit oder ohne Einkoppeloptik sein.

In einer Ausführung der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung sind die lichtemittierenden Halbleiterchips entlang eines oder mehrerer Kreise oder entlang einer Linie oder im Array auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet. Die Halbleiterchips können am Rand, zentral oder über die Grundfläche verteilt auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet sein.

Beispielsweise können eine oder mehrere Reihen am Rand angeordnet sein.

In einer Ausführung weist der Anzeigebereich eine dunkle, vorzugsweise schwarze, Schicht auf, in oder über deren

Aussparungen die Pixel angeordnet sind. Dies ermöglicht einen besseren Kontrast. Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung kann relativ kleine Leuchtpunkte als Pixel mit einem relativ großflächigen schwarzen Bereich herum aufweisen. Alternativ kann der Lichtpunkt das gesamte Pixel ausfüllen, weil das Licht auf einen beabstandeten Schirm, die als Streuscheibe wirkt, projiziert wird. Vorteil hierbei ist, dass kein

Fliegengittereffekt (englisch „Screen Door Effect") auftritt. In solchen Ausführungen, aber auch in alternativen

Ausführungen weist der Anzeigebereich eine Streuschicht auf.

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung kann ferner ein Substrat umfassen, auf dem der integrierte Schaltkreis angeordnet ist und elektrisch leitend mit Kontaktbereichen auf dem Substrat verbunden ist. Die Kontaktbereiche werden mit Kontakten des ICs elektrisch leitend verbunden, um ihn zu versorgen und anzusteuern. Wegen der Montage und der damit verbundenen elektrischen Kontaktierung der lichtemittierenden

Halbleiterchips auf dem IC hat der IC vorteilhafterweise externe Kontakte lediglich für Strom- und/oder

Spannungsversorgung, Daten und Takt/Synchronisation . LED-Anschlüsse sind nicht erforderlich. Der IC kann durch

Drahtkontaktierung, planare Verbindungen (sogenannte „Planar Interconnects") oder in Flip-Chip-Montage elektrisch

kontaktierbar und mit den Kontaktbereichen elektrisch

verbunden sein.

Im Folgenden wird die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert .

Figur 1 veranschaulicht die Grundidee für eine Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung .

Figur 2 und Figur 3 zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der Seitenansicht

beziehungsweise in einer Aufsicht.

Figur 4 und Figur 5 zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht beziehungsweise in der Aufsicht.

Figur 6 und Figur 7 zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenansicht beziehungsweise in einer Aufsicht.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Aufsicht.

Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht.

Figur 10 und Figur 11 zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenansicht beziehungsweise in einer Aufsicht.

Figur 12 und Figur 13 zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht beziehungsweise in einer Aufsicht.

Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht.

Figur 15 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht.

Figuren 16 bis 20 zeigen Ausführungsbeispiele für Anordnungen von lichtemittierenden Halbleiterchips auf einem integrierten Schaltkreis .

Figur 21 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht.

Figur 22 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittansicht.

Figur 23 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines

Einkoppelbereichs in einer Seitenschnittansicht.

Figur 1 veranschaulicht die Grundidee für die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung anhand der Lichtwege von zwei integrierten Schaltkreisen 1, kurz ICs, zu den Pixeln. Ein IC 1 ist ein Halbleiterchip mit einer auf einem

Halbleitermaterialplättchen aufgebrachten elektronischen Schaltung .

Auf jedem der ICs 1 sind mehrere yLEDs als

Ausführungsbeispiele lichtemittierender Halbleiterchips 11 (in Figur 1 nicht dargestellt) angeordnet, deren Licht, beispielsweise in den Farben rot, blau und grün, zu den dem IC 1 benachbarten Pixeln 40 geführt wird, wie es durch die Pfeile 3 veranschaulicht ist. Die Pixel 40 sind jenseits der Grundfläche des IC 1 angeordnet. Ein Pixel 40 kann

beispielsweise eine Fläche von lxlmm oder 0,1x0, 1mm haben.

Der IC 1 kann beispielsweise eine Grundfläche von 0,15x0, 3mm oder 0,1x0, 1mm haben.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Multi-Pixel-Anzeigevorrichtungen unter anderem anhand von

Zwischenprodukten bei der Fertigung beschrieben, um die einzelnen Komponenten und ihre Funktionen zu erläutern.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der Seitenansicht. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung desselben Zwischenprodukts in der Aufsicht.

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, wie auch das dargestellte Zwischenprodukt, umfasst einen integrierten Schaltkreis 1, der als Halbleiterchip ausgebildet ist, und ein Substrat 5, beispielsweise eine Leiterplatte (PCB) umfassend, auf dessen Oberseite leitende Strukturen 7 angeordnet sind. Die

leitenden Strukturen umfassen unter anderem Kontaktbereiche 8, die elektrisch leitend mit dem IC 1 verbunden sind, um ihn zu versorgen und anzusteuern. Darüber hinausgehende leitende Strukturen 7 können unterhalb des IC 1 vorgesehen sein.

In diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Kontaktbereiche 8 für folgende Spannungen oder Signale vorgesehen: ein erstes Versorgungspotenzial VDD1 und ein zweites

Versorgungspotenzial VDD2, ein Bezugspotenzial GND, ein serieller Dateneingang und -ausgang SDI beziehungsweise SDO sowie ein Taktsignal CLK zur Taktung der Daten oder einer Bildwiederholfrequenz. Die erste Versorgungsspannung, die zwischen dem ersten Versorgungspotenzial VDD1 und dem

Bezugspotenzial GND anliegt, kann beispielsweise 4 V für LEDs betragen, und die zweite Versorgungsspannung, die zwischen dem zweiten Versorgungspotenzial VDD2 und dem Bezugspotenzial GND anliegt, kann beispielsweise 1,8 V für den IC 1 betragen.

Der IC 1 ist auf dem Substrat 5, beispielsweise eine

Leiterplatte mit gedruckter Schaltung (englisch „printed Circuit board", kurz „PCB"), montiert. Die Länge des IC 1 kann 300 ym, seine Breite 150 ym und seine Höhe 100 ym betragen. Der IC 1 weist auf seiner Oberseite Kontakte 9 auf, über die er versorgt und angesteuert wird, sowie eine

Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips 11,

beispielsweise yLEDs . Die lichtemittierenden Halbleiterchips 11 sind entlang zweier Reihen in Dreiergruppen an beiden Längsseiten des IC 1 angeordnet. In diesem

Ausführungsbeispiel sind mehrere Gruppen 13 je dreier

lichtemittierender Halbleiterchips 11 in den Farben rot, grün, blau vorgesehen. Jede Gruppe 13 ist einem Pixel (in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt) zugeordnet und geeignet dessen Licht zu generieren.

Die lichtemittierenden Halbleiterchips 11 sind auf dem IC 1 montiert und elektrisch derart mit ihm verbunden, dass er als Treiber die lichtemittierenden Halbleiterchips 11 ansteuert. Mit anderen Worten: Der IC 1 dient nicht nur als Treiber-IC, sondern auch als Träger für die lichtemittierenden

Halbleiterchips 11.

Die Kontakte 9 des IC 1 sind über Drahtkontakte 14 mit den Kontaktbereichen VDD1, VDD2, GND, SDI, SDO, CLK auf dem

Substrat 5 verbunden. Die Drahtkontakte 14 ermöglichen eine einfache Kontaktierung. Sie haben jedoch einen über die IC-Höhe hinausgehenden Platzbedarf und es besteht die Gefahr der Abschattung der lichtemittierenden Halbleiterchips 11, wenn ein Drahtkontakt 14 über sie hinweglaufen würde. Letzteres wird im Ausführungsbeispiel dadurch vermieden, dass die lichtemittierenden Halbleiterchips 11 an den Längsseiten des IC 1 angeordnet sind und die Kontakte 9 in der Mitte des ICs 1 angeordnet sind, wobei über die Breitseiten des IC 1 die Drahtkontakte 13 verlaufen.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, basierend auf den zuvor in den Figuren 2 und 3 gezeigten Zwischenprodukten, in einer

Seitenschnittansicht im Bereich der lichtemittierenden

Halbleiterchips 11. Figur 5 zeigt eine schematische

Darstellung des Zwischenprodukts in der Aufsicht.

Bei dem gezeigten Zwischenprodukt ist eine seitliche

Ummantelung 17, beispielsweise als Epoxy-Verguss , am IC 1 angeordnet. Dieser optionale Verguss 17 ermöglicht eine

Planarisierung. Auf dem Verguss 17 ist eine strukturierte Schicht angeordnet. Hierbei kann es sich um eine

fotostrukturierte Polymerschicht 19, beispielsweise aus oder mit EpoClad, handeln. Alternativ kann das Polymer auch die seitliche Ummantelung des IC 1 ausbilden. Allerdings kann es sich als schwierig erweisen, das fotostrukturierbare Material dafür in ausreichender Dicke aufzubringen.

In der Polymerschicht 19 sind Öffnungen 21 in den Bereichen der Gruppen 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 vorgesehen. Das Polymermaterial dient als Hüllmaterial 27 für lichtleitende Bereiche 31 mit einer niedrigeren Brechzahl, die innerhalb der Polymerschicht 19 aus einem anderen

Material, dem sogenannten Kernmaterial 29, ausgebildet werden. Die Öffnungen 21 sind Einkoppelbereiche der späteren lichtleitenden Bereiche 31. In lichtleitenden Bereichen 31 verläuft das von den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 abgestrahlte Licht.

Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, basierend auf den zuvor in den Figuren 4 und 5 gezeigten Zwischenprodukten, in einer Seitenansicht. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der Aufsicht.

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung weist ein lichtlenkendes Element 35 auf, das durch strukturierte Polymerschichten 19, 23, 25 auf dem IC 1 ausgebildet ist. Neben der bereits in Figur 4 dargestellten unteren Polymerschicht 19 sind in diesem Ausführungsbeispiel noch eine mittlere strukturierte Polymerschicht 23 und eine obere strukturierte Polymerschicht 25 aus Hüllmaterial 27 und Kernmaterial 29 vorgesehen. In der mittleren Schicht 23 werden transversal, das heißt senkrecht zur IC-Höhe, verlaufende lichtleitende Bereiche 31 aus

Kernmaterial 29 ausgebildet, die sich von den

lichtemittierenden Halbleiterchips 11 zu den Pixeln 40 erstrecken und in denen das Licht von den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 und dem IC 1 weggeführt wird. Bei der schichtweisen Fertigung werden strukturierte

Hüllmaterialschichten 27, zum Beispiel aus EpoClad, und

Kernmaterial 29 mit höherem Brechungsindex aufgebracht und fotostrukturiert. In der oberen strukturierten Polymerschicht 25 sind Öffnungen 33 vorgesehen, die als Auskoppelbereiche dienen und mittels derer das Licht an einen Anzeigebereich 37 mit den Pixeln 40 geführt wird. Die obere Hüllmaterialschicht bedeckt den aus Kernmaterial 29 geformten planaren

Wellenleiter und lässt das Licht am Ort der Pixel 40 über die Öffnungen 33 nach oben entweichen.

Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 6 lediglich zwei lichtleitende Bereiche 31 dargestellt. Die anderen sind durch gestrichelte Linien angedeutet.

Auf der Oberseite der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung ist der Anzeigebereich 37, der auch als Displaybereich bezeichnet werden kann, mit den Pixeln 40. Um einen guten Kontrast zu erreichen, ist die Oberseite des Anzeigebereichs 37

geschwärzt, beispielsweise durch ein fotostrukturiertes schwarzes Polymer wie Daxin BLRO301, das als schwarze Schicht 39 mit Aussparungen 38 für die Pixel 40 aufgebracht ist.

Alternativ kann das Licht auch auf einen Streuer leuchten, der von einer l/4-Platte mit Polarisator (von außen ebenfalls schwarz) abgedeckt ist (nicht dargestellt) .

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der Aufsicht. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu dem in Figur 3 gezeigten Zwischenprodukt beschrieben.

Die Druckkontakte 14 werden von den Kontakten 9 auf dem IC 1 über die Längsseiten des IC 1 und zwischen den Gruppen 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 zu den Kontaktbereichen 8 auf dem Substrat 5 geführt. Der IC 1 ist so zwischen den Kontaktbereichen 8 auf dem Substrat 5 angeordnet, dass seine Längsseiten zu ihnen benachbart sind. Die Kontakte 9 auf dem IC 1 sind in zwei Reihen zwischen den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 an den Längsseiten angeordnet.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 3, deren Drahtführung günstig für die optischen Eigenschaften ist, aber elektrisch auf Grund von Kurzschlussrisiken eher

ungünstig ist, ist die in Figur 8 gezeigte Drahtführung eine elektrisch günstigere, aber optisch geringfügig ungünstigere Variante .

In diesem Ausführungsbeispiel sind mehr als sechs Kontakte 9 am IC 1 und ebenso viele Kontaktbereiche 8 auf dem Substrat 5 vorgesehen, beispielweise für weitere Spannungspotenziale oder Bezugspotenziale oder weitere Taktsignale (zum Beispiel für die Bildwiederholfrequenz) .

Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer Seitenschnittdarstellung.

Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die

Unterschiede zu dem in Figur 2 gezeigten Zwischenprodukt beschrieben .

Anstatt eines Drahtkontakts 14 ist in diesem

Ausführungsbeispiel eine planare Verbindung 41 vorgesehen.

Sie verläuft auf dem IC 1 und dem ihm umgebenden Verguss 17 zwischen den Kontakten und Kontaktbereichen über eine

Isolierschicht 43 zur Verhinderung von Kurzschlüssen. Solch eine planare Verbindung wird auch als „Planar Interconnect" bezeichnet. In diesem Fall kommt es nicht zu einer optischen Beeinträchtigung durch die Kontaktierung.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch für gekrümmte oder flexible Displays verwendet werden.

Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der Seitenansicht. Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung des Zwischenprodukts in der Aufsicht .

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung umfasst einen integrierten Schaltkreis 1 und ein Substrat 5, auf dessen Oberseite leitende Strukturen 7 angeordnet sind, die unter anderem als Kontaktbereiche 8 zur Versorgung und Ansteuerung des

integrierten Schaltkreises 1 ausgebildet sind.

Der IC 1 ist mittels Flip-Chip-Montage auf den Kontaktflächen 8 montiert. In diesem Ausführungsbeispiel hat der IC 1 eine quadratische Grundfläche, beispielsweise mit einer Kantenlänge von 200 ym. Seine Kontakte 9 sind an der

Unterseite angeordnet und werden mittels Lötkugeln 45 mit den Kontaktbereichen 8 auf dem Substrat 5 verbunden. Zwischen dem Substrat 5 und der Unterseite ist eine Unterfüllung 47, auch mit dem englischen Begriff „Underfill" bezeichnet,

vorgesehen, die die Lötkugeln 45 umschließt und sich bis an die Seitenränder des IC 1 erstrecken kann.

Auf der Oberseite des IC 1 sind eine Mehrzahl von

lichtemittierenden Halbleiterchips 11, beispielsweise yLEDs, in Gruppen 13 mit je einer roten, grünen und blauen yLED montiert. Jede Gruppe 13 ist einem Pixel (in Figuren 10 und 11 nicht dargestellt) zugeordnet. Die Gruppen 13 sind am Rand des IC 1 angeordnet, um das Licht in einfacher Weise zu den Pixeln führen zu können.

Die Flip-Chip-Montage vergrößert den Platz für die optischen Komponenten auf der Oberseite des IC 1. Allerdings ist sie technisch schwieriger umzusetzen, weil elektrische

Durchkontakte im Substrat des IC 1 angefertigt werden müssen.

Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, basierend auf den zuvor in den Figuren 10 und 11 gezeigten Zwischenprodukten, in einer seitlichen

Schnittansicht. Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung des Zwischenprodukts in der Aufsicht.

Eine optische Kollimationsplatte 49 ist über dem IC 1 mit den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 angeordnet, sodass ein Kollimator 51 über jeder Gruppe 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 angeordnet ist. Der Kollimator 51 bündelt das Licht und erzeugt einen annähernd parallelen Strahlengang, sodass das von den lichtemittierenden

Halbleiterchips 11 abgestrahlte Licht senkrecht zur Oberseite des IC 1 abgestrahlt wird. Mit anderen Worten: Das Licht aus den yLEDs wird mittels der optischen Kollimationsplatte 49 kollimiert. Hierzu kann ein Spritzgussteil als brechende Optik für die optische Kollimationsplatte 49 verwendet werden. Alternativ können mikrooptische Verfahren verwendet werden, zum Beispiel Mikrolinsen, die lithographisch auf Glas aus Lack hergestellt und umgeschmolzen werden oder

Heißmikroprägen oder Nanoimprintlithographie .

Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels eines Zwischenprodukts der Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, basierend auf den zuvor in den Figuren 12 und 13 gezeigten Zwischenprodukten, in der

Seitenschnittansicht .

Über der optischen Kollimationsplatte 49 ist eine optische Umlenkplatte 53 angeordnet, mittels derer die Umlenkung der Lichtstrahlen von den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 auf dem IC 1 zu den Pixeln 40 erfolgt. Die optische

Umlenkplatte 53 kann zum Beispiel durch einen LIGA-Prozess (Lithographie, Galvanik, Abformung) hergestellt werden. Die Herstellung kann aber auch in Lack durch Graustufen-Lithographie erfolgen. 3D-Druck ist ebenfalls machbar.

Die optische Umlenkplatte 53 weist erste Reflektoren 55 auf, die das von den Kollimatoren 51 abgestrahlte Licht

transversal von den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 und dem IC 1 weg lenken und über zweite Reflektoren 57 wieder senkrecht zu den Pixeln 40 des Anzeigebereichs lenken. Die Reflektoren 55, 57 können verspiegelt ausgebildet sein. Als Material kommt Ni mit Ag-Beschichtung, Glas oder Polymere (Thermoplaste, Duroplaste) mit Metallbeschichtung

(vorzugsweise Al oder Ag) in Frage.

Figur 15 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung, basierend auf dem in Figur 14 gezeigten Zwischenprodukt, in der Seitenschnittansicht.

Über der optischen Umlenkplatte 53 ist eine optionale

optische Fokussierungsplatte 59 vorgesehen, mittels derer das Licht für die Pixel 40 gebündelt wird. Bei diesem

Ausführungsbeispiel ist das lichtlenkende Element 35 mit optischer Kollimationsplatte 49, Umlenkplatte 53 und

Fokussierungsplatte 59 eine Freistrahloptik. Ein darauf angeordneter Anzeigebereich 37 weist eine schwarze Schicht 39 mit Öffnungen 38 für die Pixel 40 auf. Darüber ist eine

Streuschicht 61 angeordnet.

Die optische Fokussierungsplatte 59 weist Kollimatoren 51 und/oder Linsen auf, mittels derer viel Licht durch die kleinen Öffnungen 38 der schwarzen Schicht 39 für die Pixel 40 gelenkt werden soll. Das kollimierte Licht wird fokussiert durch die Blenden 38 in der schwarzen Schicht 39 gelenkt. Alternativ kann es auch auf eine Streuscheibe und l/4-Platte mit Polarisator fallen (nicht dargestellt) . Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beträgt der Abstand von der Lichtquelle zum Schirm, auf dem die Pixel 40 sind, deutlich weniger als 1 mm bei einem Pixelabstand von 1 mm.

Die Figuren 16 bis 20 zeigen verschiedene

Ausführungsbeispiele für Anordnungen von Gruppen 13 mit roten, grünen und blauen lichtemittierenden Halbleiterchips 11 auf dem IC 1 in der Aufsicht.

Figur 16 zeigt eine kreisförmige Anordnung der Gruppen 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11, um die Fläche der Kollimationslinse so groß wie möglich zu wählen und auch noch genügend Platz für die Umlenkspiegel und den Freistrahlpfad oder eine alternative Lichtumlenkung zu den Pixeln 40 zu haben .

Figur 17 zeigt eine Anordnung der Gruppen 13 von

lichtemittierenden Halbleiterchips 11 entlang zweier

konzentrischer Kreise, ebenfalls um die Fläche der

Kollimationslinse so groß wie möglich zu wählen und auch noch genügend Platz für die Umlenkspiegel und den Freistrahlpfad oder eine alternative Lichtumlenkung zu den Pixeln 40 zu haben .

Figur 18 zeigt die Anordnung von lichtemittierenden

Halbleiterchips in den Ecken des IC 1 von quadratischer Grundfläche. Diese weist die zuvor beschriebenen Vorteile ebenfalls auf.

Figur 19 zeigt die arrayförmige Anordnung der Gruppen 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 in Reihen und Spalten für eine gute Lichtverteilung zu den Pixeln 40.

Figur 20 zeigt die Anordnung entlang zweier Reihen, was dieselben Vorteile hat.

Figur 21 zeigt eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in der seitlichen Schnittdarstellung.

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung umfasst einen in Flip-Chip-Technik auf einem Substrat 5 montierten IC 1 mit lichtemittierenden Halbleiterchips 11 auf seiner Oberseite, wie er bereits in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 10 bis 15 beschrieben worden ist. Es

unterscheidet sich hinsichtlich des lichtlenkenden Elements 35 vom Ausführungsbeispiel in Figur 15, weshalb sich die Beschreibung auf diesen Aspekt konzentriert.

Das lichtlenkende Element 35 auf dem IC 1 ist ebenfalls eine Freistrahloptik. Es ist ein optischer Reflektorkörper 63, auch als optische Leiterplatte bezeichnet, und weist

gekrümmte Reflektoren 65, ausgebildet als gekrümmte

Umlenkspiegel, auf, mit denen das von den lichtemittierenden Halbleiterchips 11 abgestrahlte Licht zu den Pixeln 40 gelenkt wird. Die gekrümmten Umlenkspiegel 65 erfüllen neben der Umlenkwirkung eine Linsenfunktion, sodass weniger

Komponenten erforderlich sind. Allerdings geht die

Herstellung solcher gekrümmter Umlenkspiegel 65 mit einem erhöhten Aufwand einher. Auf dem lichtlenkenden Element 35 ist eine schwarze Schicht 39 mit Blenden 38 sowie eine optionale Streuschicht 61, die den Abstrahlwinkel der Pixel 40 erhöht und wegen ihrer Rauheit weniger blendet. Dies wird auch als Anti-Glare-Effekt bezeichnet.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Linsen durch

gekrümmte Umlenkspiegel ersetzt. Diese erfüllen dieselbe Funktion wie Linsen. Dadurch befinden sich weniger

Komponenten im System. Die Herstellung der Spiegel ist allerdings aufwändiger.

Figur 22 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung in einer seitlichen Schnittdarstellung.

Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung umfasst einen in Flip-Chip-Technik auf einem Substrat 5 montierten IC 1 mit

lichtemittierenden Halbleiterchips 11 auf seiner Oberseite, wie er bereits in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 10 bis 15 beschrieben worden ist. Die Multi-Pixel-Anzeigevorrichtung unterscheidet sich hinsichtlich des lichtlenkenden Elements 35 von Ausführungsbeispielen in Figur 15, weshalb sich die Beschreibung auf diesen Aspekt

konzentriert .

Das lichtlenkende Element 35 ist mittels

Befestigungselementen 79, beispielsweise Kleber, über dem IC 1 positioniert. Es umfasst eine Mehrzahl von kabelförmigen Lichtwellenleitern 71, auch als Glasfaser bezeichnet, die sich von der Unterseite des lichtlenkenden Elements 35 zu seiner Oberseite erstrecken und von einem Füllmaterial 72 umschlossen sind, das als mechanischer Schutz und zur

Fixierung der Lichtwellenleiter 71 dient. An der Ober- und Unterseite sind als Montagehilfe 73, 75 Platten mit

Aussparungen 74, 76, in denen die Enden der Lichtwellenleiter positioniert sind. Die Aussparungen 74, 76 sind über den Gruppen 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 und am Ort der Pixel 40 angeordnet. Das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips 11 wird direkt in eine Glasfaser 71

eingekoppelt. Dies kann mit Optik (nicht dargestellt) oder ohne Optik dazwischen, wie hier dargestellt, erfolgen. Die Glasfasern 71 sind gekrümmt und leiten so das Licht zum jeweiligen Pixel 40. Dort treffen sie entweder wieder auf eine Apertur 38 in einer schwarzen Schicht 39 oder auf einen streuenden Schirm (nicht dargestellt) .

Zur Fertigung des lichtlenkenden Elements 35 könnten

mikromechanisch hergestellte plattenförmige Montagehilfen 73, 75 dienen, in die die Glasfasern 71 passiv justiert

aufgenommen werden können. Der Zwischenraum zwischen den Montagehilfen 73, 75 kann mit einem starren oder flexiblen Material 72 aufgefüllt sein. Im fertigen Produkt können die Montagehilfen 73, 75 noch vorhanden sein oder auch nicht.

Zur Montage des gesamten Bildschirms wäre es denkbar,

entweder die ICs 1 zuerst auf ein Substrat 5 zu montieren und dann die Lichtverteilung zu montieren oder umgekehrt zuerst die ICs auf die Lichtverteilung zu montieren und anschließend die Montage auf das Substrat 5 vorzunehmen. Bei oben

beschriebenem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand von der Lichtquelle zum Schirm, auf dem die Pixel 40 sind, weniger als 2 mm bei einem Pixelabstand von 1 mm.

Figur 23 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines

Einkoppelbereichs mit einer Gruppe 13 von lichtemittierenden Halbleiterchips 11 und dem Endbereich der Glasfaser 71.

Ausführungsbeispiele von Halbleiterchips 11 können

volumenemitterförmig ausgestaltet sein, sodass ihr Licht nicht nur nach oben, sondern auch seitlich abgestrahlt wird. Um auch diese Lichtbestandteile einzukoppeln, sind seitlich der lichtemittierenden Halbleiterchips 11 Reflektoren 81 vorgesehen, die das Licht auf den Endbereich der Glasfaser 71 lenken .

Gerade bei kleinen yLEDs mit 10 ym Kantenlänge und weniger, die auch stark zur Seite emittieren, ist es sinnvoll, auf dem IC 1 einen Reflektor für die Gruppe 13, die einem Pixel zugeordnet ist, vorzusehen.

Die in den Figuren 22 und 23 beschriebenen

Ausführungsbeispiele können auch für gekrümmte oder flexible Displays verwendet werden.

Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018129209.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugszeichenliste

1 integrierter Schaltkreis, IC

3 Pfeil

5 Substrat

7 leitende Struktur

8 Kontaktbereich

9 Kontakt

11 lichtemittierender Halbleiterchip

13 Gruppe lichtemittierender Halbleiterchips

14 Drahtkontakt

17 Verguss

19 Schicht

21 Öffnung

23 Schicht

25 Schicht

27 Hüllmaterial

29 Kernmaterial

31 lichtleitender Bereich

33 Öffnung

35 lichtlenkendes Element

37 Anzeigebereich

38 Aussparung

39 schwarze Schicht

40 Pixel

41 planare Verbindung

43 Isolierschicht

45 Lötkugeln

47 Unterfüllung

49 Kollimationsplatte

51 Kollimator

53 Umlenkplatte

55 Reflektor

57 Reflektor

59 Fokussierungsplatte

61 Streuschicht

63 Reflektorkörper

65 gekrümmter Reflektor

71 Lichtwellenleiter

72 Füllmaterial

73 Montagehilfe

74 Öffnung

75 Montagehilfe

76 Öffnung

79 Befestigungselement 81 Reflektor