专利名称：透明led显示器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于呈现信息的器件，其特征在于，它同时是透明的，即它使得能够看见在器件后面的场景，以及是发射的，即它把信息以器件本身发射的光的形式呈现给用户。
背景技术：
这种器件至今在汽车方面是特别令人感兴趣的，因为它能够呈现两个不同平面上的信息，即背景和由器件产生的光图像，所述背景即用户通过汽车的窗户例如挡风玻璃、后窗和侧窗可看到的外部场景。
然而，这种器件的好处并不限于汽车方面；广告方面或呈现给公众的信息方面只是该器件的可能应用领域的两个例子。
基于发光二极管(LED)的透明器件在已知技术中已经给出；例如，专利申请No.EP1460609描述了对于透明的和可编程的LED显示器的解决方案，包括采用行-列结构的LED阵列，所述LED的每行通过电线被连接，每列连接到沉积在底层上的透明导电氧化物(TCO)层，所述透明层与所述电线行是电绝缘的；以及用于与所述阵列相关的电接通的装置。
使用金属线来互连每行LED能够减小由于行的电阻所造成的电压降，因此能够使用明显较低的电源电压。所述金属线接合到仅仅在相应于通过沿闭合的圆形路径切割TCO层而得到的、有目的地提供的衬垫的区域中的TCO的底层上，以使得所述衬垫与TCO的相应列电绝缘。
在专利申请No.EP1460609中描述的解决方案存在一系列限制-由于采用SMD格式的LED部件的尺寸，透明性受到限制，这在目的是增加LED的密度或减小器件的尺寸时变得特别关键；-关于构成行的电线的定位和在衬垫上接合的相应操作的工艺步骤不能使用标准技术和用于SMD技术的设备得到，因此使得器件制造成本更高；-如果器件的尺寸被减小，则上述的技术步骤变得更复杂，并且产量减小；以及
-沿TCO的列形成绝缘衬垫会产生路径的局部狭窄化，从而造成串联电阻增加，因此限制了可寻址的行的数目。
为了克服上述缺点，本发明的主题是按照权利要求1的显示器。另外的有利特性在权利要求2-19和25-36中被指出。另外形成本发明的主题是用于制作显示器的方法，该显示器具有在权利要求20中指出的特性。
本发明因此能够通过下述来克服已知技术的缺点-使用采用管芯即不带有封装的半导体形式的LED源；这能够把该源的尺寸减小到最小和增加显示器的透明性；以及-使用用于管芯组彼此之间电连接的线接合工艺。
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。一些典型的应用是光信令装置、头灯或用于机动车的其它灯、用于呈现给公众信息的装置等等。
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。所述技术首先包括根据术语“管芯接合”(即，管芯热或电-热连接到底层)得知的工艺，与此有关的是“线接合”(芯片电连接到电路)的可能操作。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。
现在将参照附图描述本发明，其中-图1-4显示本发明的优选实施例；-图5-7显示替换实施例；-图8和9显示两个另外变例；以及-图10和11显示另一个变例。
具体实施例方式
在图1、2、3和4中示出的优选实施例中，LED源排列成矩阵结构，其中每个LED放置在行20与列10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势差而一个一个单独地寻址。
在图1和2中示出的解决方案中，制造工艺包括以下步骤
1)准备涂有透明导电氧化物(例如，铟锡氧化物-ITO)的(玻璃或塑料)底层；2)(通过光刻工艺或激光烧蚀工艺)分开TCO 10的各列；3)形成金属衬垫，每个管芯两个，其中一个11至少部分地设置在TCO的相应列的顶部上，并且另一个22设置在相应于行的区域中的所述TCO列与相邻TCO列之间；衬垫的形成可以例如通过遮罩技术或通过均匀蒸发金属并随后通过光刻去除而得到；这个步骤对于保证底层上金属接合的良好的粘附性来说是必需的；4)挑选并将管芯2放置在相应金属衬垫22上；5)利用导电和导热的树脂进行管芯2的管芯附着；6)在每个管芯的顶部电极与相应金属衬垫11之间进行线接合；7)在每单个管芯的金属衬垫22与沿同一个寻址行的随后管芯的金属衬垫22之间进行线接合；以及8)利用透明树脂(例如，硅酮或环氧树脂)和(玻璃或塑料的)覆盖层进行保护性涂敷。
(玻璃或塑料的)覆盖层1′的使用具有保证透明树脂的保护层的平面性的功能，不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失真和/或不引入光功率。
在(图1和2中所示的)上述实施例中，管芯是垂直电极型，即阳极和阴极分别设置在管芯的两个相反的面上，这样与行20的电接触通过用于管芯附着的导电树脂来保证，其中与TCO的列10的电接触通过管芯的顶面上的电极与相应衬垫11之间通过线接合的连接来保证。
在图3所示的另一个实施例中，有可能使用具有水平电极的管芯，即任何一个都在同一个面上；在这种情形下，具有两个电极的管芯设置在顶面上，并且管芯附着操作只具有把管芯接合到底层上和保证热耗散但不保证导电的功能。
上述工艺步骤用以下步骤替代1)准备涂有透明导电氧化物(TCO；例如，铟锡氧化物-ITO)的(玻璃或塑料)底层；2)(通过光刻工艺或激光烧蚀工艺)分开TCO 10的各列；3)形成金属衬垫，每个LED芯片3个，其中第一个(11)至少部分地覆盖TCO的相应列，第二个(12)和第三个(22)设置在相应于行的区域中的所述TCO列与相邻TCO列之间；衬垫的形成可以例如通过遮罩技术或通过均匀蒸发金属并随后通过光刻去除而得到；这个步骤对于保证底层上金属接合的良好的粘附性来说是必需的；4)挑选并将管芯放置在相应金属衬垫12上；5)利用导热树脂进行管芯的管芯附着；6)在每单个管芯的同一种电极(例如，阴极)与相应衬垫11之间进行线接合；7)在另一种电极(例如，阳极)与相应衬垫22之间进行线接合；8)在每单个LED芯片的金属衬垫22与沿同一个寻址行的随后LED芯片的金属衬垫22之间进行线接合；9)利用透明树脂(例如，硅酮或环氧树脂)和(玻璃或塑料的)覆盖层进行保护性涂敷。
图4显示图2的变例，其中附加绝缘层14被提供在列的中心部分，这样防止线由于在封装工艺期间施加到用于线接合的线上的压力的原因而与TCO的列10接触，以及由此防止线损害相应的行和列的操作。
在图5、6和7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并联或串联地电连接在一起。
图5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)代表并联或串联地电连接的一组LED。可以独立地寻址的每个段可以由一对平行路径(图6和7)构成，其中一条路径电连接到并联LED的同一种类型的电极(例如，阴极)上，而另一条路径电连接到另一种类型的电极(例如，阳极)上。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段的路径；按照本发明，这通过中断所述段的其中一个的路径20以使得所述段的另一个的路径10能够通过以及通过把所述路径20的伸展22与通过线接合工艺沉积的导电线的伸展21相连接而达到(图6a、6b、7)。
图6b给出一个变例，其中绝缘层被沉积在相应于所述交叉点35的区域中的路径10的顶部上，以防止线21的所述伸展由于线变形而与所述路径10发生电接触。
本发明的另一个变例在图8中示出。在这个变例中，两个段中的一个由一组串联的LED构成，而另一个由一组并联的LED构成。在两个段之间的交叉点35处，第一段的路径20与第二段的路径10之间的电绝缘是以类似于参考图6和7所指示的方式得到的。
本发明的另一个变例在图9中示出。在这个变例中，两个段都由串联连接在一起的一组LED构成。在两个段之间的交叉点35处，第一段的路径20与第二段的路径10之间的电绝缘是以类似于参考图6和8描述的方式得到的。
再次参照图5，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10和11)，目的是在底层1和/或覆盖层1′的外部表面上在相应于管芯的区域中提供沿管芯的连接线的适当的微压痕36，所述微压痕36具有从底层1和/或从覆盖层1′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。
所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10、20)。事实上，所述衬垫往往反射由管芯的侧面发射的光的一部分；反射的光照射到微压痕36上，这引起源的实际尺寸的增加。
可以采用的另一个解决方案是以连接不同管芯的路径的形式沉积保护性树脂1″。由管芯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1′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管芯的连接线的轴的圆柱形微透镜(图10a)，沿垂直于管芯的连接线的轴制成的普通凹槽(图10b)，或具有垂直于管芯的连接线的轴的圆柱形透镜(每个管芯一个)(图10c)。
替换地，所述微压痕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1的对称轴，并穿过所述管芯的其中一个的中心。
微压痕36也可以只是具有高粗糙度的区域，以便散射由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LED源的密度，即每单位长度的管芯数目来减小或消除，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，以及两个相邻管芯之间的距离是0.3mm，即可与管芯的尺寸相比，则各LED之间的角距为大约1弧分，等于在凹处的眼睛的分辨率。
然而，已经知道，眼睛将如何趋于合并角距高达3弧分的各点，这使得在像素之间的间隔能够增加到1mm，因此使所需的源数目减小了3倍。
权利要求
1.一种用于显示叠加在背景上的信息的透明器件，所述器件包括多个LED源(2)，所述多个LED源可通过沉积在透明底层(1)上并连接到控制电子线路的一系列导电路径(10，20)一个一个单独地或按组寻址，其特征在于i)所述LED源(2)通过板上芯片型的技术以管芯的形式，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所述透明底层(1)上；以及ii)所述导电路径中的至少一个具有中断伸展并被通过线接合操作接合到所述路径的金属线的伸展(21)替代。
2.按照权利要求1的器件，其特征在于，所述LED源排列成矩阵结构，其中每个LED设置在行(20)与列(10)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势差而一个一个单独地寻址。
3.按照权利要求2的器件，其特征在于，所述行(20)或所述列(10)被接连地电子寻址。
4.按照权利要求2的器件，其特征在于，所述阵列的所述列(10)由沉积在所述底层上的导电路径构成，以及所述阵列的所述行(20)由在相应于位于所述列(10)之间的区域的位置处沉积在所述透明底层上的导电路径的伸展(22)的替换以及使用线-接合技术沉积的金属线的伸展(21)构成，这样，金属线的所述伸展(21)的各端物理地连接到导电路径的所述伸展(22)的各端。
5.按照权利要求4的器件，其特征在于，所述导电路径(10)由沉积在所述底层上的透明导电氧化物(TCO)构成。
6.按照权利要求4的器件，其特征在于，导电路径的所述伸展(22)由沉积在所述底层上的透明导电氧化物(TCO)构成。
7.按照权利要求4的器件，其特征在于，所述导电路径(10)由沉积在所述底层上的金属层构成。
8.按照权利要求4的器件，其特征在于，导电路径的所述伸展(22)由沉积在所述底层上的金属层构成。
9.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，采用管芯形式的所述LED源(2)是垂直电极型，即，电极设置在管芯的相反的面上。
10.按照权利要求9的器件，其特征在于，在面向底层的管芯的面上的电极通过借助于导电树脂的管芯附着的操作电连接到所述导电路径之一，而在相反面上的电极利用通过线接合操作接合的金属线(13)的伸展电连接到另一个导电路径。
11.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，采用管芯形式的所述LED源(2)是水平电极型，即，电极设置在管芯的相同的面上。
12.按照权利要求11的器件，其特征在于，两电极都利用金属线(13′，13″)的伸展电连接到相应的导电路径，所述金属线的伸展通过线接合操作被接合。
13.按照权利要求11或权利要求12的器件，其特征在于，管芯通过借助于导热树脂的管芯附着操作接合在导电衬垫上。
14.按照权利要求5或权利要求6的器件，其特征在于，在所述TCO路径(10，22)上金属衬垫被沉积在相应于其上将接合金属线的所述伸展的点的区域中，以便改进接合的粘附性。
15.按照权利要求5或权利要求6的器件，其特征在于，在所述TCO路径上金属衬垫被沉积在相应于其上将通过管芯附着操作接合管芯的点的区域中。
16.按照权利要求4的器件，其特征在于，沉积在所述列(10)的至少部分上的是绝缘材料层(14)，其具有防止金属线的所述伸展(21)与所述导电路径(10)发生电接触的功能。
17.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，沉积在采用管芯形式的所述LED源(2)上的是透明树脂层，其具有保护管芯和通过线接合制作在该管芯上的电触点的功能。
18.按照前述权利要求中的任何一个的器件，其特征在于，金属线的所述伸展(21)被掩埋在透明树脂的保护层(1″)内。
19.按照权利要求18的器件，其特征在于，所述透明树脂层(1″)被均匀地沉积在所有阵列上，除了所述导电路径的端子所处的底层的周围区域以外。
20.按照权利要求18的器件，其特征在于，所述透明树脂(1″)以路径的形式被沉积，每个所述路径连接被串联或并联地寻址和属于同一个图像段的管芯组。
21.按照权利要求19或权利要求20的器件，其特征在于，提供在所述透明树脂层(1″)上的是透明覆盖层(1′)，其具有在沉积后消除形成在所述透明树脂层内的厚度的非均匀性的功能。
22.一种用于制作按照权利要求1的透明器件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤i)准备涂有透明导电氧化物(TCO)的、由玻璃或塑料制成的底层(1)；ii)通过光刻工艺或激光烧蚀工艺分开TCO的各列(10)；iii)形成金属衬垫，每个管芯两个，其中一个(11)至少部分地叠加在TCO的相应列上，以及另一个(22)设置在相应于所述行(20)的区域中在所述TCO列与相邻的TCO列之间；iv)挑选并将管芯放置在相应金属衬垫(22)上；v)利用导电和导热树脂进行管芯的管芯附着；vi)在每单个管芯的顶部电极与相应金属衬垫(11)之间进行线接合；以及vii)在每单个管芯的金属衬垫(22)与沿同一个寻址行(20)的随后管芯的金属衬垫(22)之间进行线接合。
23.一种用于制作按照权利要求1的透明器件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤i)准备涂有透明导电氧化物(TCO)的、由玻璃或塑料制成的底层(1)；ii)通过光刻工艺或激光烧蚀工艺分开TCO的各列(10)；iii)形成金属衬垫，每个管芯三个，其中第一个(11)至少部分地叠加在TCO的相应列上，其中第二个(12)和第三个(22)设置在相应于所述行(20)的区域中在所述TCO列与相邻的TCO列之间；iv)挑选并将管芯(2)放置在相应金属衬垫(12)上；v)利用导热树脂进行管芯(2)的管芯附着；vi)在每单个管芯的同一种类型的电极(例如，阴极)与相应衬垫(11)之间进行线接合；vii)在另一种类型的电极(例如，阳极)与相应衬垫(22)之间进行线接合；以及viii)在每单个LED芯片的金属衬垫(22)与沿同一个寻址行(20)的随后LED芯片的金属衬垫(22)之间进行线接合。
24.按照权利要求22或权利要求23的制作方法，其特征在于，该方法还包括利用透明树脂的保护性涂敷的沉积步骤。
25.按照权利要求22或权利要求23的制作方法，其特征在于，所述金属衬垫(11，12，22)利用遮罩技术或诸如蒸发或溅射的PVD技术，通过穿孔掩模被沉积。
26.按照权利要求25的制作方法，其特征在于，所述金属衬垫(11，12，22)通过诸如蒸发或溅射的PVD技术被沉积，其后是微光刻去除工艺。
27.按照权利要求1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，以便形成曲线的、或直线的、或虚线的段(31，32，33，34)。
28.按照权利要求27的器件，其特征在于，每个所述段(31，32，33，34)由一对基本上平行的路径构成，其中一个电连接到所述LED组的其中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。
29.按照权利要求28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(31，32，33，34)之间的交叉点(35)的区域中，通过中断所述段的其中之一的路径(20)以使另一个段的路径(10)能够通过以及通过把所述路径(20)的伸展(22)与通过线接合工艺沉积的导电线的伸展(21)相连接而互相电绝缘。
30.按照权利要求1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，以便形成曲线的、或直线的、或虚线的段(31，32，33，34)。
31.按照权利要求30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(31，32，33，34)之间的交叉点(35)的区域中，通过中断所述段的其中之一的路径(20)以使另一个段的路径(10)能够通过以及通过把所述路径(20)的伸展(22)与通过线接合工艺沉积的导电线的伸展(21)相连接而互相电绝缘。
32.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(1)和/或覆盖层(1′)的表面上，微压痕(36)被制作在相应于相邻管芯之间的连接线的区域中，这样，当所述管芯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。
33.按照权利要求32的器件，其特征在于，用户可感觉的光图像呈现为曲线的、或直线的、或虚线的段分布。
34.按照权利要求32的器件，其特征在于，所述微压痕采用具有垂直于所述连接线的轴的圆柱形透镜的形式。
35.按照权利要求32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。
36.按照权利要求32的器件，其特征在于，所述微压痕采用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(1)并穿过所述管芯的其中之一的中心的对称轴。
37.按照权利要求1-19和25-33中的任何一个的、用于机动车的透明显示器，其特征在于，它被设计成安装在该车的仪表板上，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该车的挡风玻璃可看见的。
38.按照权利要求1-19和25-33中的任何一个的透明显示器，其特征在于，所述显示器被设计成粘接在机动车的所述挡风玻璃上。
39.按照权利要求37或权利要求38的透明显示器，其特征在于，所述显示器用于把有关导航，具体来说是指示和箭头的图像呈现给用户。
40.按照前述权利要求中的任何一个的显示器，其特征在于，采用管芯形式的所述LED源(2)相对于用户的眼睛有角度地分开了小于3弧分的角度。
41.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。
42.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％。
43.包括按照权利要求1-21或27-42中的任何一个的显示器的机动车，其特征在于，显示器被安装在与挡风玻璃相邻的、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机动车的挡风玻璃可看见的。
44.按照权利要求1-21或权利要求27-42中的任何一个的机动车，其特征在于，所述显示器粘接在机动车的所述挡风玻璃上。
45.按照权利要求43或权利要求44的机动车，其特征在于，所述显示器用于把有关导航，具体来说是指示和箭头的图像呈现给用户。
全文摘要
这里描述了一种用于显示叠加在背景上的信息的透明器件，所述器件包括多个LED源(2)，所述多个LED源可通过沉积在透明底层(1)上并连接到控制电子线路的一系列导电路径(10，20)一个一个单独地或按组寻址，其中i)所述LED源以管芯的形式，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；以及ii)所述导电路径中的至少一个具有中断伸展并被通过线接合操作接合到所述路径的金属线的伸展(21)替代。
文档编号H01L33/00GK1855481SQ20061007464
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