专利名称：用于制造具有发光二极管(led)的透明器件的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造使用发光二极管(LED)的透明显示器的方法，其中设想了以下的操作-给完全透明的底层提供导电路径；-通过管芯接合操作，具体来说是使用倒装芯片技术把芯片形式的LED阵列与所述底层相关联；-使用各向异性导电胶把LED芯片连接到底层上；以及-通过封装材料沉积在芯片上来保护发光器件免受机械和外部环境应力。
背景技术：
正如已知的，LED源可以以芯片或管芯(接通电源时发射光辐射的多层半导体元件)的形式直接集成在印刷电路上。一些可能的应用是光信令装置、机动车的头灯或其它灯、用于给公众提供信息的装置等等。
用于制作所述器件的技术名称为板上芯片(COB)技术，它包含把LED芯片阵列直接安装在适当的底层上。所述技术首先包括通称为“管芯接合”的工艺(管芯热或电-热连接到底层)，与此有关的是可能的线接合操作(芯片电连接到电路)。在管芯接合技术中，倒装芯片方法设想把芯片倒置并电-热连接到其衬垫的电路上，而不使用用于电连接的线，因此排除了另外的线接合工艺。在倒装芯片工艺中，衬垫的连接一般借助于金属凸点(球)实现。作为最后的步骤，COB工艺设想使用适当的树脂来封装或保护源免受外部应力。
图1中示出芯片10形式的LED，并且在管芯的顶表面上的两个金属连接(衬垫)11通过线接合技术(a)和倒装芯片技术(b)都连接到普通印刷电路12上。在第一种情形(a)下，管芯与电路之间的电连接通过金属线14来实现；在第二种情形(b)下，管芯10被倒置，并且衬垫11直接连接到电路的路径13上。
已经知道通过用于把芯片电连接到透明底层的线接合合并技术制造使用LED芯片的器件的技术。在目的是提供透明器件的情形下，有必要使用透明底层(例如，塑料或玻璃)以及也透明的导电路径(例如，由透明导电氧化物或TCO制成)。然而，在这种情形下，除了由TCO制成的透明导电路径以外，还有必要提供由金属(通常是金Au)制成的小岛，以便能把线接合到底层上，结果带来以下缺点-由于金属小岛的存在器件的透明性降低；-就有必要引入选择性地沉积金属衬垫的步骤和线接合步骤来说，制造的时间更长并且成本更高；-还需要用封装树脂来保护用于线接合的金属线以防止其断裂；以及-LED芯片的光发射部分地被这些线掩蔽。
线接合步骤由于在封装工艺期间线脱落或断裂的原因还会导致产量减小。
发明内容
本发明的目的是使用倒装芯片技术把LEP芯片连接到底层上来克服上述的问题。
按照本发明，所述目的通过按照权利要求1的方法来实现。本发明的主题还是利用所述方法得到的并优选具有权利要求11-30中的一个或多个的特性的器件。
本发明的实现设想使用具有在同一个面(通常是底面，如果以倒装芯片结构安装的话)上的两个金属衬垫并具有透明底层(通常是SiC或Al2O3)的LED芯片。这些类型的芯片被设计成使得光发射在倒装芯片结构中是有利的，参见图1的细节(b)。
按照权利要求2中描述的优选实施例，本发明设想使用各向异性导电胶，用于把芯片直接电连接到路径上。胶的各向异性是指导电只出现在基本垂直于底层15的方向上，因此防止了LED芯片的两个电极互相短路，即使这两个电极都与同一滴胶物理地接触。
与已知的、使用金属凸点的管芯接合技术不同，使用各向异性导电树脂的接合技术不需要使用金属衬垫。
现在将参照附图描述本发明，其中图1显示上述的已知解决方案；以及图2-10显示本发明的不同的变例。
具体实施例方式
图2a、2b、2c是按照优选实施例的器件制造工艺的示意图。该工艺包括以下步骤1.制作具有由TCO制成的导电路径16的透明底层15(图2a)；2.在相应于设想用于LED芯片10的位置的区域中散布各向异性胶；3.把具有金属衬垫的LED芯片面向底层15(倒装芯片)放置在相应于TCO 16的路径的区域中(图2b)；4.热固化所述各向异性胶；以及5.用适当的树脂封装各个芯片(或芯片组)，以便提高其光发射并保护它免受外部应力；正如可以从图2c看到的，每个芯片涂有基本上采用圆顶形式的所谓的圆顶封装体(glob-top)17，即树脂封装。
按照本发明的变例，设想使用(玻璃或塑料)覆盖层15′。所述覆盖层15′具有保证透明树脂保护层的平面性的功能，不仅仅为了保证器件的透明性，而且也保证了面板不造成背景图像失真和/或不引用光功率。
在这种情形下，圆顶封装体17用在底层15和覆盖层15′之间保持密封的连续树脂层17′代替(图9)。
根据以上说明，清楚地显现出所提出的方法的优点。最大的优点在于器件的极好的透明性仅仅在相应于LED芯片的区域中(一般具有0.1mm2的表面积)形成暗区域。而且，利用这个方法，有可能得到具有更高的光点密度的显示器，消除了通过线的电连接所需的空间。
由TCO制成的导电路径可以由金属路径替代。这能够减小器件的成本，尽管器件的透明性证明明显地降低。与TCO相比较，假设路径的厚度和宽度相同，金属的较低的电阻率能够减小电源电压，或者假设电源电压相同则能够减小路径的尺寸。
在图3所示的另一个优选实施例中，LED芯片排列成矩阵结构，其中每个LED放置在行20与列30之间的交叉点处，所述行20和列30由导电材料的路径构成，这样，每单个LED芯片可以通过在所述行与所述列之间施加适当的电位差来一个一个单独地寻址。
通过沉积在所述行20上(例如，通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、CVD、旋涂、浸渍操作等等)的诸如氧化硅之类的电绝缘材料层40--，各行与各列电绝缘。
随后沉积在所述层40上的是由导电材料例如金属或透明导电氧化物TCO构成的列30。
在图3b和3c所示的优选实施例中，仅仅在相应于有目的地提供的衬垫21(每个LED一个)的区域中去除电绝缘材料层40，以使得能够接入到下面的导电材料的行20。最后，按照本发明，借助于倒装芯片技术把LED芯片放置在底层上，这样，两个电极之一处在相应于衬垫21的区域中以及另一个电极处在相应于导电材料的列30的区域中。电极与相应导电路径之间的电接触是利用各向异性导电树脂18得到的。
在图4a、4b和4c所示的本实施例的变例中，不但在相应于所述衬垫21的区域中而且在相应于位于在相邻的行20之间的空间的区域中去除层40。
在图5a和5b所示的另一个实施例中，从除了放置在所述行20和所述列30之间的交叉点处的、有目的地提供的衬垫以外的整个底层中去除层40。
在图6所示的另一个实施例中，在相应于在相邻的列30之间设置的空间的区域中去除层40。
在图7和8所示的另一个实施例中，LED没有排列成矩阵结构(即，可一个一个单独地寻址)，而是可按组寻址，并且每个组的LED并联(图8a)或串联(图8b)地电连接在一起。
图7显示在按照本发明的显示器上可以呈现的图像的例子。每个段(31，32，33和34)代表并联(图8a)或串联(图8b)地电连接的一组LED。
在图8a所示的实施例中，可以以独立的方式寻址的每个段由一对平行路径构成，其中一个电连接到并联LED的同一种类型的电极(例如，阴极)，而另一个电连接到另一种类型的电极(例如，阳极)。在两个或多个段之间的交叉点35中，有必要电绝缘属于不同的段的路径。按照本发明，这通过在相应于交叉点35的区域中把电绝缘材料衬垫40沉积在所述段的其中之一的路径20上来实现，随后在衬垫40上沉积第二个所述段的路径30。
图8b给出一个变例，其中两个段都由串联连接在一起的LED组构成。在两个段之间的交叉点35处，以类似于参照图8a描述的方式得到第一段的路径20与第二段的路径30之间的电绝缘。
再次参照图7和8，显然，用于得到段31，32，33和34的LED的数目越小，图像的所述段的外观将是越多的虚线。
为了限制LED源的数目，同时减小图像的虚线外观的这种效应，按照所述发明的变例(图9和10)，目的是在底层15和/或覆盖层15′的外部表面上在相应于LED芯片的区域中提供沿LED芯片的连接线的适当的微压痕36，所述微压痕36具有从底层15和/或从覆盖层15′提取光的功能，以便连接各个光点并生成连续线形式的光图像。
上述效应可以借助沉积在由TCO制成的路径上以便改进接合操作的粘附性的金属衬垫来进一步加强(或者在其中所述路径由金属而不是由TCO制成的情形下直接借助连接各个源的导电路径20、30)。事实上，所述衬垫往往反射由LED芯片的侧面发射的光的一部分；所反射的光照射到微压痕36上，这引起源的有效尺寸的增加。
可以采用的另一个解决方案是以连接不同LED芯片的路径的形式沉积保护性树脂17′。由LED芯片发射的光因此部分被所述树脂路径捕获(光导效应)，随后被在所述树脂路径的表面上，或者在其中使用覆盖层15′的情形下在所述覆盖层的表面上制成的有目的地提供的微压痕36提取。
所述微压痕36可以是以下的形式具有垂直于LED芯片的连接线的轴的圆柱形微透镜(图9a)，沿垂直于LED芯片的连接线的轴制成的普通凹槽(图9b)，具有垂直于芯片的连接线的轴的圆柱形透镜(每个芯片一个)(图9c)。替换地，所述微压痕36可以是具有旋转对称的微透镜的形式，每个微透镜具有垂直于所述底层15并穿过所述LED芯片的其中一个的中心的对称轴。
微压痕36也可以只是具有高粗糙度的区域，以便扩散由LED发射的光。
按照本发明的另一个变例，所述图像的虚线外观效应可以使用密集的LED源，即每单位长度多个LED芯片来减小或消除，这样，相对于用户的眼睛在两个源之间的角距是可以与眼睛的角分辨率相比较的。
作为例子，如果显示器被安装在离驾驶员1米的距离处，以及在两个相邻管芯之间的距离是0.3毫米，即可与管芯的尺寸相比，则各LED之间的角距看起来为大约1弧分，等于在凹处的眼睛的分辨率。
然而，已经知道，眼睛易于合并角距高达3弧分的各点，这使得在像素之间的间隔能够增加到1毫米，因此使所需的源数目减小了3倍。
权利要求
1.一种制造透明LED器件的方法，包括以下操作i)在透明底层(15)上提供一系列导电路径(16，20，30)；ii)把所述导电路径连接到电子控制装置；以及iii)把可通过所述导电路径一个一个单独地或按组寻址的LED阵列与所述底层(15)相关联，所述方法的特征在于i)所述LED源以芯片(10)的形式，即以通过分割半导体晶片并且没有进行封装而得到的元件的形式集成在板上芯片型的所述透明底层(15)上；以及ii)所述方法设想使用倒装芯片技术来进行管芯接合，即把所述芯片(10)电连接到所述底层(15)上。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，把芯片(10)电连接到底层上的所述操作通过各向异性导电胶(18)来进行，因此避免了使用凸点金属。
3.按照权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，所述导电路径(16，20，30)中的至少一个是由透明导电氧化物(TCO)制成的。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，所述各向异性导电胶(18)直接沉积在由TCO制成的所述导电路径上，因此避免了使用中间金属层，以便改进所述芯片(10)与所述导电路径(16，20，30)的粘附性。
5.按照前述权利要求中的任何一个的方法，其特征在于，它包括通过把透明封装材料(17，17′)沉积在所述芯片上来保护所述LED芯片(10)免受外部应力的操作。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，所述封装材料以基本上是半球状滴剂(17)的形式沉积在所述LED芯片(10)上。
7.按照权利要求5的方法，其特征在于，所述封装材料以路径形式沉积在所述LED芯片(10)上，每个所述路径连接被串联或并联地电寻址并属于同一个图像段的LED芯片组。
8.按照权利要求5的方法，其特征在于，所述封装材料以连续层(17′)的形式被沉积，其均匀地覆盖其上集成所述LED芯片源(10)的底层区域。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，在所述封装材料层17′上制成透明覆盖层(15′)，其具有在沉积后消除在所述层(17′)中形成的厚度的非均匀性的功能。
10.按照前述权利要求中的任何一个的方法得到的透明LED显示器。
11.按照权利要求10的器件，其特征在于，所述LED源排列成矩阵结构，其中每个LED被放置在行(20)与列(30)之间的交叉点处，这样，可以通过在所述行与所述列之间施加适当的电位差来一个一个单独地寻址。
12.按照权利要求10的器件，其特征在于，所述LED源排列成组结构，其中属于同一个组的LED被并联地电连接，以便形成曲线、或直线、或虚线的段(31，32，33，34)。
13.按照权利要求12的器件，其特征在于，每个所述段(31，32，33，34)由一对基本平行的路径构成，其中一个电连接到所述LED组之一的同一种类型的电极例如阴极上，而另一个电连接到另一种类型的电极例如阳极上。
14.按照权利要求13的器件，其特征在于，属于两个不同段的路径在相应于所述段之间的交叉点(35)的区域中互相电绝缘，在相应于交叉点(35)的区域中，沉积在所述段之一的路径(20)上的是电绝缘材料衬垫40，其上随后沉积另一个所述段的路径(30)。
15.按照权利要求10的器件，其特征在于，所述LED源排列成组结构，其中属于同一个组的LED被串联地电连接，以便形成曲线、或直线、或虚线的段(31，32，33，34)。
16.按照权利要求15的器件，其特征在于，属于两个不同段的路径在相应于所述段之间的交叉点(35)的区域中互相电绝缘，在相应于交叉点(35)的区域中，沉积在所述段之一的路径(20)上的是电绝缘材料衬垫40，其上随后沉积第二个所述段的路径(30)。
17.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，在底层(15)和/或覆盖层15′的表面上在相应于相邻的LED芯片之间的连接线的区域中制作微压痕(36)，这样，当所述LED芯片接通时用户可看见的光的点通过用户也可看见的光的段被连接。
18.按照权利要求17的器件，其特征在于，用户感觉到的光图像呈现为曲线的、或直线的、或虚线的段分布。
19.按照权利要求17的器件，其特征在于，所述微压痕采用垂直于所述连接线的轴的圆柱形透镜的形式。
20.按照权利要求17的器件，其特征在于，所述微压痕采用旋转对称的微透镜的形式，每个微透镜具有垂直于所述底层(15)并穿过所述LED芯片(10)的其中之一的中心的对称轴。
21.按照权利要求17的器件，其特征在于，所述微压痕采用沿垂直于所述连接线的轴制作的凹槽的形式。
22.按照前述权利要求中的任何一个的、用于机动车的透明显示器，其特征在于，它被安装在与挡风玻璃相邻的、所述机动车的仪表板上，这样，呈现给驾驶员的图像至少部分地叠加在背景上，所述背景是驾驶员通过所述机动车的挡风玻璃可看见的。
23.按照权利要求22的透明显示器，其特征在于，所述显示器件被粘接在机动车的所述挡风玻璃上。
24.按照权利要求22的透明显示器，其特征在于，所述显示器件用于把有关导航，具体来说是指示和箭头的图像呈现给用户。
25.按照前述权利要求1-9中的任何一个得到的、用于机动车的透明发光体，其特征在于，它被安装在所述机动车的后窗上，这样，不阻挡驾驶员通过所述机动车的后窗观看后面的场景。
26.按照权利要求25的透明发光体，其特征在于，所述发光体被接合在所述机动车的所述后窗上。
27.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，它使用不同颜色的LED芯片。
28.按照前述权利要求中的任何一个的显示器，其特征在于，采用芯片(10)形式的所述LED源相对于用户的眼睛有角度地分开了小于3弧分的角度。
29.按照前述权利要求中的任何一个的显示器，其特征在于，所述LED源的亮度高于3000cd/m2。
30.按照前述权利要求中的任何一个的显示器，其特征在于，该显示器的透射率高于60％。
全文摘要
一种制造透明LED器件的方法，包括以下操作i)在透明底层(15)上提供一系列导电路径(16，20，30)；ii)把所述导电路径连接到电子控制装置；以及iii)把可通过所述导电路径一个一个单独地或按组寻址的LED阵列与所述底层(15)相关联，其中i)所述LED源通过板上芯片型技术以芯片的形式，即以通过分割半导体晶片并且没有进行封装而得到的元件的形式被集成；ii)所述方法设想使用倒装芯片技术来进行管芯接合，即把芯片(10)电连接到底层上。
文档编号H01L33/00GK1855407SQ20061007463
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者P·雷佩托, S·西内斯, S·帕多瓦尼, S·贝尔纳, D·博利亚, D·卡佩洛, A·佩雷蒂, M·安东尼皮里 申请人:C.R.F.阿西安尼顾问公司