专利名称：用于led阵列的针状ito的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及利用发光二极管(LED)的阵列的光源或显示器，并 且特别涉及提高LED的阵列的发光均匀性。
背景技术：
(术语)"点，，的使用不是在趋于零地小的数学意义上。点光源是较小的有 限的空间的亮光源，"小，，是相对于周围的结构的尺寸。有些人可能辩 解说点光源均匀地沿所有的方向照射。这种辩解事实上是不正确的， 并且在这里不适用。因而，尽管白炽灯、LED和一些气体放电灯等如 在LED的情况中那样沿择优方向发光，但它们是点光源。严格地说，除了黑洞，所有的非发光物体均反射光，否则什么也 看不到。反射表面是镜面(镜子状或抛光表面)、均匀漫射或多少介 于两者之间。在微观水平上，即使高度抛光的前表面镜也不是完美的 镜面，任何漫反射镜也不是理想的朗伯体。这里数学的细节不是所关 心的。相反，所关心的是宏观的、实际的、如果不是理想的也是合理 的朗伯体那样的漫射体。许多物体满足该准则，诸如分散于介质中的 粒子、 一张白纸或一片白色塑料。很显然，有色纸或塑料除了反射光 以外还对光进行过滤。"发光的"物体发射光。入射到物体上的光"照亮"物体。"亮度 (luminance)"是指从光源发射的光的量。"照度(illuminance)"是 指入射到物体上的光的量。"图形"可以是文本、符号、任意的形状或它们的一些组合。图形 可以是半透明的、暗色的、着色的侧影(sihousette)或轮廓或它们的 一些组合。如这里使用的那样，"柔性电路(flex circuit)"是包括用于包含 LED和电路中的其它器件的导电路径的任何类型的衬底。因而，挠性 电路包括印刷电路板。衬底的柔性与本发明没有关系。"LED，，是具有p-n结的半导体棵片(die)，该p-n结在被施加正 向偏压时从棵片的至少一个表面发光。在不相关的天文学领域中，通过对铝板进行喷砂并用四个LED 照亮该板制成平面场投影仪是已知的，参见Simon Tulloch， Design and Use of a Novel Flat Field Illumination Light Source, Technical Note 108， Instrument Science Group, Royal Greenwich Observatory, 1996。对于背面照明、显示器和其它应用，希望光源尽可能均匀，但其 中存在问题。LED具有大量的优于白炽灯的优点，但是与白炽灯类似占、濕 々Jt， 止f ""la —u八、A止2吝發4士 乂A ffil ，，2 yf击# 、:多射，但仍存在常常可透过被从背后照亮的物体看见点光源的事实。结 果是非均匀照明。直接观看的来自光源的光是"眩目的，，并且是不希望 的。对于光导等的需要要求至少对于初始加工来说制造起来较为昂贵 的复杂结构。在本领域中LED的阵列早已公知。例如，美国专利4047075 (Schoberl)公开了通过在较小的体积中简单地层叠多个封装的LED 制成的LED的阵列。与封装件内的半导体棵片或芯片相比，封装的 LED占据明显较大的体积。美国专利4335501 ( Wichenden等人)公开 了单一半导体衬底上的LED棵片的阵列。LED是非线性器件。与大多数二极管类似，直到正向偏压超过例 如0.6伏的阈值时LED才导电，然后导电必须被一般为串联电阻的某种 类型的镇流器限制。电流一般为10 60毫安并且亮度大致与电流成比 例。发射光的颜色还可随电流的改变而改变。如同任何器件的情况一 样，LED发热。不幸的是，LED的电阻一般具有负的温度系数，这意 味着电流随温度增加。因此，控制电流出于几种原因是十分重要的。相同型号的两个LED未必具有相同的电气特性。如果对于用于两个并联的LED的镇流器使用单一的电阻器，那么一个LED的失效可导 致第二LED过载(电流太大)并因此很快就失效。具有串联和并联的 LED的较大的阵列具有相同的问题，只是该问题通过大量的LED被化 解。虽然单独地说，在本领域中必须仔细控制通过LED的电流是众所 周知的，但关于LED的阵列的专利中的许多专利除了以一些未公开的 方式限制或"调节"电流以外没有公开如何驱动阵列。可能是均匀的亮 度不是所关心的或者在公开的结构中实现起来太困难。在本领域中，例如上面指出的Scholberl专利中，使用反射和漫射 以增强从LED特别是从LED的阵列发射的光的均匀性是公知的。正是 出于棵片或芯片相对未被保护的原因，对未封装的棵片提供这种措施 是更加困难的提案。并且，棵片是例如砷化镓或氮化铟镓的两种或更 多种元素(忽略痕量的掺杂剂)的晶体，该晶体比硅更易碎。用于接 触区域的冶金过程进一步增加棵片内的应力。因此，必须以远远比封 装器件精细的方式完成LED棵片的操作。例如，对于安装在柔性衬底上的LED棵片，各个棵片的前电极被 引线键合到棵片上的金接点上。棵片被封装以保护该引线键合点，并 且棵片被推入透明的导电层中以进行接触。导电层是溅射的氧化铟锡 (ITO)层或适当的粘合剂中的ITO粉末。作为替代可以使用 PEDOT-PSS (聚-3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸)的聚合物导电层。 尽管衬底和其它层具有相对柔性，棵片仍常常在组装阵列时破裂。另 外，引线鍵合和涂敷是十分昂贵的。被称为针状ITO的材料作为透明导体在本领域中是公知的，参见 美国专利5580496 (Yukinobu等)和基于它的分案专利(5820843、 5833941、 5849221 )。针状ITO具有由厚2 5nm、长15 25^im的ITO 针构成的纤维结构。这些针悬浮于例如聚酯的有机树脂中。针状ITO 的类型与其它形式的材料不同。针状ITO的固化的丝网印刷层的导电 性比常规的包含ITO粉末的层高大约五倍，但比溅射的ITO小约三分 之二，该賊射ITO比可丝网印刷的材料更难以构图。因此，鉴于以上情况，本发明的目的是提供LED的阵列，其中各个LED可单独地被镇流(ballast)。本发明的另 一 目的是提供制造起来比现有技术的阵列便宜的 LED的阵列。本发明的另一目的是提高与阵列特别是柔性阵列中的LED的接 触的可靠性。本发明的另一目的是提供这样的LED的阵列，在该阵列中，通过 透明电极层中的漫射使得光发射更均勾，从而避免对于单独的漫射层 的需要。本发明的另 一 目的是提供具有与各个LED—体化的镇流电阻的 LED的阵列。本发明的另一目的是提供这样的LED的阵列，在该阵列中，可以 单独调整各LED的镇流电阻以提供更均匀的电流和更均匀的亮度。本发明的另一目的是提供当点亮时基本上均匀地发亮的LED的阵列。本发明的另一目的是提供当同时或在整个阵列的子集中点亮时 基本上均匀地发亮的LED的阵列。本发明的另一目的是提供这样的LED的阵列，在该阵列中， 一个 LED的失效对于阵列中的其它LED的亮度基本上没有影响。发明内容在本发明中实现了上述的目的，其中，在耦合在透明衬底和电极 之间的LED的阵列中，各LED的发光表面与针状ITO的区域电接触。 通过接触棵片的发光表面，针状ITO还提供光散射。接触区域被互连 以形成阵列。针状ITO用作用于各个棵片的镇流电阻，并且，可微调 该电阻以在LED之间获得更均匀的电流。由于各个LED被单独地镇 流，因此可以以稳定的亮度以任何图案或全部同步驱动阵列中的 LED。
可以通过结合附图考虑以下的详细说明以获得对本发明的更完 整的理解，其中，图l是根据本发明的优选实施例构建的阵列中的单个LED的断面；图2是在图1中示出的阵列的一部分的平面图；图3示出根据本发明的一方面调整镇流器的电阻；图4示出根据本发明的另 一方面调整镇流器的电阻；图5是根据本发明构建的LED的阵列的示意图；图6是根据本发明的替代性实施例构建的阵列中的单个LED的断面；图7是根据本发明的替代性实施例构建的阵列中的单个LED的断面；图8是根据本发明的替代性实施例构建的阵列中的单个LED的断 面；以及图9是根据本发明的另一方面构建的阵列中的单个LED的断面。
具体实施方式
图l示出LED的阵列的单个LED的断面。在具有0.08 0.18mm的 厚度的透明聚合物衬底ll上支撑该阵列。母线12向图面内部延伸，连 接一行中的多个LED。优选由载4艮墨水(silver bearing ink)丝网印 刷母线12，但作为替代可使用例如碳的其它导电粒子。针状ITO区域 13被丝网印刷到衬底11和母线12上。优选地，区域13为单个LED提供 接触区域。LED 14被设置在在区域13上，并且如箭头17所示的那样主 要通过针状ITO向下发光。针状ITO的纤维粒子用作使来自棵片14的 光分散开的漫射体。粘接剂层15将ITO层13和母线12与优选为铝层的 背电极16电绝缘。除了在设置LED 14之前施加粘接剂层15以外，以上述的次序组 装阵列。层15是软的，并且，推动LED14以使其穿过该层而接触针状 ITO层13。粘接剂层15优选是热激活的粘接剂，但作为替代可使用UV(紫外光)激活的粘接剂。层15被加热到例如约80。C以在组装之后结 合这些层。当这样被构建时，从背电极流经LED的电流还通过针状ITO流向 母线12。区域13由此提供可通过改变区域的几何形状而调整的单个的 串联电阻。针状ITO区域用作接点、互连和串联电阻。电阻是薄平器 件的一部分，几乎不占用超出棵片区域的水平区域，并且不需要笨拙 并且昂贵的外部部件。如图2所示，针状ITO层13的分区18使棵片14下面的区域和与母 线12重叠的区域19互连。分区18的几何形状可被改变以改变电阻。区 域19足以在层13和母线12之间提供可靠的低电阻连接。互连的串联电 阻主要由棵片14和母线12之间的分区18的形状确定。在图3中，分区21的宽度减小或紧缩以增大串联电阻。如虛线22 所示的那样，紧缩可从分区21的一边或两边发生。紧缩的边缘不必是 矩形或任意特定的形状。为了方便起见示出了矩形形状。在图4中，分区23和区域25均减小。因此，针状ITO分区23的串 联电阻比针状ITO分区21的串联电阻高，而该针状ITO分区21的串联 电阻又比针状ITO分区18的串联电阻高。由于希望与棵片有最大可能的电和热接触，因此不希望减小棵片 14下面的接触面积。针状ITO层被示出包围棵片14，当在阵列中放置 棵片时，该针状ITO层优选设置有误差边缘。电流不流过该边缘，仅 在棵片和母线之间流过。因此，该边缘对电阻基本上没有影响。优选地，通过在组装过程中或在组装之后穿过透明衬底ll进行的 激光微调调整电阻。作为替代方案，各个LED可以在向阵列传送的同 时被测试并预先用于区域13的丝网印刷的特定图案。图5示出LED的阵列，其中，各个LED包含根据本发明的串联电 阻器。可以假定LED通过变为开路而不是短路而失效。如果从恒流源 驱动阵列并且一个二极管失效，那么同一行中的剩余的二极管将通过 稍大的电流，但变化远远小于没有各单个串联电阻的情况。如果从恒 压源驱动阵列，那么单个的LED的失效稍稍减小失效的LED的行以外的行中的电流，但该变化远远小于没有单个串联电阻的情况。图6示出根据本发明的替代性实施例构建的LED的阵列的单个 LED的断面。具体而言，图6与图1的实施例的不同之处在于，背电极 60包含可以是不透明或透明的塑料膜61和优选被濺射淀积到膜61上 的ITO层62。除了LED 65可放置为如图中的取向那样主要向上发射而 不是所示的向下发射以外，本实施例以与图1的实施例相同的方式工 作。图7示出根据本发明的替代性实施例构建的LED的阵列的单个 LED的断面。具体而言，图6与图1的实施例的不同之处在于，背电极 70包含可以是不透明或透明的塑料膜71和丝网印刷的导电层72。层72 优选被构图并包含银母线。除了LED 75可被放置为如图中的取向那样 主要向上发射而不是所示的向下发射以外，本实施例以与图l的实施 例相同的方式工作。图8示出根据本发明的替代性实施例构建的LED的阵列的单个 LED的断面。具体而言，图6与图1的实施例的不同之处在于，背电极 80包含可以是不透明或透明的塑料膜81和针状ITO层82。层82优选被 构图以减少墨水的消耗并降低成本。除了 LED 85可被放置为如图中的 取向那样主要向上发射而不是所示的向下发射以外，本实施例以与图 l的实施例相同的方式工作。图9示出根据本发明的另 一方面构建的LED的阵列的单个LED的 断面。具体而言，图9与图1的实施例的不同之处在于，衬底91被剥去， 留下背电极93用于结构支撑。可以添加释放层(未示出)以有利于分 离。背电极93是诸如上述的铜或铝的导电板或柔性电路或尺寸稳定足 以支撑阵列的其它材料。本实施例以与图l的实施例相同的方式操作。 可以将本发明的这方面与上述的实施例中的任一个组合。本发明由此提供LED的阵列，其中，可以用与各个LED—体化的 镇流电阻单独地对各个LED进行镇流，以提供其中 一个LED的失效基 本上对阵列中的其它LED的亮度没有影响的阵列。各单个镇流电阻可 被调节以提供更均匀的电流和更均匀的亮度。该阵列制造起来比现有技术的阵列便宜，并且与LED的接点的可靠性得到提高。通过透明电 极层中的漫射，光发射变得更均匀，从而不需要单独的漫射层。当同 时或以阵列的子集点亮时，这些LED基本上均匀地发亮。虽然由此说明了本发明，但本领域技术人员容易理解可以在本发 明的范围内进行各种变形。例如，母线12可以在针状ITO区域13之后 即在其上面而不是之前被印刷。背电极16可以是任意的高导电性材 料。由于铝从成本上看是最有效的，因此它是优选的。图5示出LED 被同时点亮的阵列。可以添加开关(未示出)以提供任意希望的图案 的照明。尽管它们看起来被配置在行和列中，但通过对各单个LED寻 址，LED在电学意义上均在一个大行(或列)中并联。当并联时，当 供给有恒定的电压时， 一个LED的失效对于剩余的没有影响。可以使 用磨蚀(abrasion)或蚀刻来调整电阻。虽然任一种情况都可通过调 整厚度以及形状提供几何形状的三维变化，但它们都没有激光烧蚀那 样精确或高效。虽然针状ITO是优选的材料，但作为替代可以使用具 有类似的电阻率的其它的纤维或晶须状材料。例如，如果碳纳米管的 光吸收性能可被接受，那么可以使用碳纳米管。其它的导电晶须材料 包括基于ZnO的复合材料，诸如ZnO:Al或ZnO:Ga。
权利要求
1.一种耦合在透明衬底和电极之间的LED的阵列，其改进之处在于包含位于至少一个LED与透明衬底之间的、用于与LED的发光表面电耦合的针状ITO的区域。
2. 如权利要求l所述的阵列，其中，阵列中的各个LED通过针状 ITO的区域与衬底耦合，由此单独地对阵列中的各个LED进行镇流。
3. 如权利要求2所述的阵列，其中，多个针状ITO的区域被电耦 合在一起以从阵列中的所有LED提供同步的发光。
4. 如权利要求3所述的阵列，其中，多组LED在多个行中被并联 耦合，并且该多个行被串联耦合。
5. 如权利要求2所述的阵列，其中，至少两个区域通过针状ITO 的分区与母线耦合。
6. 如权利要求5所述的阵列，其中，第一分区的面积不等于第二 分区的面积。
7. —种发光器件，包括具有结的半导体棵片，该结在被施加正向偏压时发射通过裸片的 表面的光；和所述表面上的针状ITO的层。
8. —种发光二极管的阵列的制造方法，该方法包括以下步骤 在衬底上形成多个导电区域，其中各个导电区域是针状ITO; 在各个导电区域上固定LED;和以使LED的发光表面与针状ITO接触的方式定位各个LED 。
9. 如权利要求8所述的方法，还包括以下步骤 在衬底上形成母线；和 形成与母线部分重叠的导电区域。
10. —种LED的阵列，这些LED中的每一个都包含p-n结和用于 向至少一个p-n结供给电流的导体，其改进之处在于包含位于至少一个p-n结的一侧与所述导体之间的、用于将p-n结与导 体电耦合的针状ITO的区域。
11. 如权利要求10所述的阵列，其中，所述区域提供用于所述p-n 结的镇流负载。
12. 如权利要求ll所述的阵列，其中，所述区域的面积可被调整 以改变所述p-n结的负载。
全文摘要
提供一种耦合在透明衬底(11)和电极(16)之间的LED的阵列，各LED(14)的发光表面与针状ITO的区域(13)电接触。通过接触裸片的发光表面，针状ITO还提供光散射。接触区域被互连(12)以形成阵列。针状ITO用作用于各个裸片的镇流电阻，并且，可以微调该电阻以在LED之间获得更均匀的电流。由于各个LED被单独地镇流，因此可以以稳定的亮度以任何图案或全部同步驱动阵列中的LED。
文档编号H01L29/02GK101263603SQ200680033188
公开日2008年9月10日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年7月29日
发明者A·C·托马斯, B·伊罗纳, W·J·帕西欧莱克 申请人:世界产权公司