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Número de publicaciónDE3931262 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudDE19893931262
Fecha de publicación28 Mar 1991
Fecha de presentación19 Sep 1989
Fecha de prioridad19 Sep 1989
Número de publicación19893931262, 893931262, DE 3931262 A1, DE 3931262A1, DE-A1-3931262, DE19893931262, DE3931262 A1, DE3931262A1, DE893931262
InventoresKarl-Ulrich Dr Ing Stein
SolicitanteSiemens Ag
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Enlaces externos: DPMA, Espacenet
Light emitting diodes in single row are integrated monolithically - by connecting them in matrix circuit of columns and rows reducing number of connections needed to outside
DE 3931262 A1
Resumen
Light emitting diodes (LED) which are aligned in a row and need to be individually controlled are integrated in a single semiconductor substrate. The substrate is connected with control circuitry in such a way that the LED are connected as a matrix and are operated in multiplex. The pref. diodes are formed on a semi-insulating GaAs substrate with the columns consisting of the n-GaAs contacts doped e.g. by implantation. On this a GaAsP-layer is deposited in which a p-type region is formed by doping which is the light source. The row-contacts are connected to the p-type regions. The wiring is carried out on the surface of the circuit. USE/ADVANTAGE - The advantages of the construction is the reduced number of connections which needs to be made to the outside. The matrix method reduces the quantity to the square root of the number of LED's. Using an integrated control chip reduces this even further. The construction is used in printers.
Reclamaciones(5)  traducido del alemán
1. Lichtemissionsdioden (LED)-Anordnung, bei der eine Vielzahl voneinander unabhängiger Lichtemissionsdioden in Zeilenform Leuchtpunkte bildend in einem Halbleiterchip monolithisch inte griert sind, die über elektrische Leitungen mit einer Ansteuer schaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtpunkte (L) durch die elektrischen Leitungen (S, Z) jeweils in Zeilengruppen und Spaltengruppen zusammengefaßt in Matrixform geschaltet und im Multiplexbetrieb ansteuerbar sind. 1. Light-emitting diode (LED) array wherein a plurality of independent light-emitting diodes in the row form luminous dots in a semiconductor chip monolithically inte are integrally fitted on, which are connected via electric lines to a driving circuit, characterized in that the illuminated points (L) by the electric wires (S, Z) in each row groups and column groups summarized in matrix form can be controlled and switched in multiplex mode.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip aus einer semiisolierenden GaAs-Scheibe als Substrat besteht, in das die Spaltenbereiche als n-leiten des GaAs durch entsprechende Dotierung eingebracht sind, daß darauf eine GaAsP-Übergangsschicht aufgebracht und darin die leuchtende Fläche der Leuchtpunkte (L) durch p-Dotierung er zeugt ist, und daß die Kontaktierung der p-Schicht und Verdrah tung in Zeilengruppen auf der Oberfläche erfolgt. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the semiconductor chip from a semi-insulating GaAs wafer is as a substrate, in which the gap portions are introduced as n-passing the GaAs by appropriate doping, that thereon a GaAsP-transition layer, and therein the luminous surface of the luminous dots (L) by p-type doping, he is convinced, and that the contacting of the p-layer and Wire the device in line groups on the surface takes place.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leuchtpunkte (L) bildenden Lichtemissionsdioden einer integrierten Transistorenmatrix vorgeschaltet sind. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the illuminated points (L) forming an integrated light-emitting diode matrix transistors are connected in series.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorenmatrix aus GaAs-Feldeffekt-Transistoren besteht. 4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the transistors matrix of GaAs field effect transistors.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren als MESFET in einem Halbleiterchip aus semiisolierenden GaAs als Substrat monolithisch integriert sind. 5. An arrangement according to claim 3, characterized in that the transistors are integrated as MESFET in a semiconductor chip made of semi-insulating GaAs monolithic as a substrate.
Descripción  traducido del alemán

Die Erfindung betrifft eine Lichtemissionsdioden (LED)-Anord nung, bei der eine Vielzahl voneinander unabhängiger Licht emissionsdioden in Zeilenform Leuchtpunkte bildend in einem Halbleiterchip monolithisch integriert sind. The invention relates to a light emitting diode (LED) -Anord arrangement in which a plurality of independent light-emitting diode in the form of luminous dots forming lines in a semiconductor chip are monolithically integrated.

Bei einer ganzen Reihe von Leuchtdioden - bzw. Lichtemissions dioden (LED)-Anordnungen wird eine Vielzahl voneinander unabhän gigen Leuchtdioden in einem Chip integriert, wie zB bei 16- Segment-Anzeigen. In a series of LEDs - or light emitting diode (LED) arrays a plurality of spaced inde pendent light-emitting diodes integrated into one chip, such as those in 16- segment displays. Da jedes Element einzeln ansteuerbar sein muß, wird bekanntlich jedes Element bzw. Lichtemissionsdiode durch eine einzelne Drahtverbindung nach außen kontaktiert. Since each element must be controlled individually, each element or light emitting diode is contacted by a single wire connection to the outside known. Bei einer 16-Segment-Anzeige mit einem gemeinsamen Rückseitenkontakt be deutet das beispielsweise, daß 16 Drahtverbindungen als Vorder seitenkontakte nach außen geführt werden müssen. In a 16-segment display with a common backside contact the be indicated, for example, that 16 wire connections as front side contacts must be led outside.

Für Leuchtdiodenanordnungen in Zeilenform, beispielsweise für Druck mit Hilfe einer Photoleitertrommel nach dem Tonerprinzip, werden monolithische Anordnungen mit sehr vielen Lichtemissions dioden bzw. Leuchtpunkten, beispielsweise mit 128 oder 256 be nötigt. For light emitting diode arrangements in line form, for example, for printing using a photoconductor drum after the toner principle, monolithic arrays are diode with a lot of light emission and light spots, needed, for example, 128 or 256 be. Dafür sind entsprechend viele, beispielsweise 128 oder 256 Drahtverbindungen nach außen nötig. These are necessary according to many, for example, 128 or 256 wire connections to the outside. Diese Vielzahl bringt das Problem einer geringen Ausbeute mit sich bzw. erfordert aufwendige Nacharbeit beim Kontaktieren. This variety makes the problem of low yield with it or requires costly rework when contacting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine monolithisch integrierte LED-Anordnung in Zeilenform zu schaffen, die mit einer wesentlich geringeren Anzahl von Draht- bzw. Kontaktverbindungen zur Ansteuerung der Leuchtpunkte auskommt. The invention has for its object to avoid these disadvantages and to provide a monolithically integrated LED array in line form, which works with a much smaller number of wire and contact connections for controlling the luminous dots.

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtemissionsdioden (LED) -Anord nung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leuchtpunkte durch die elektrischen Leitungen jeweils in Zeilengruppen und Spaltengruppen zusammengefaßt in Matrix form geschaltet und im Multiplexbetrieb ansteuerbar sind. This object is at a light-emitting diode (LED) -Anord of the type mentioned lation accordance with the invention that the luminous points summarized connected by electrical wires in each row groups and column groups in matrix form and can be driven in multiplex mode.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of additional claims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Anzahl der Kontakte dadurch reduziert wird, daß die Leuchtpunkte in Matrixform geschaltet sind und in einem Multiplexbetrieb angesteuert werden. The advantages achieved by the invention are in particular that the number of contacts is reduced by the fact that the luminous dots are connected in a matrix form and are controlled in a multiplex mode. Damit wird im günstigsten Fall einer quadratischen Anordnung bei N-Leuchtpunkten die An zahl der elektrischen Leitungen bzw. Verbindungen auf eine An zahl von 2 reduziert. Thus a square array with N-luminous points is reduced to the number of electrical wires or connections to a number of At 2 at best. Das sind bei den oben als Beispiel ge nannten 256 Leuchtpunkten dann nur noch 32 Verbindungsleitun gen die dann mit an sich bekannten Maßnahmen mit großer Aus beute kontaktiert werden können. These are among the ge above as an example called 256 luminous dots then only 32 Verbindungsleitun conditions which can then be contacted booty with known measures with large corner.

Anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend mit weiteren Merkmalen näher erläutert. On the basis of approximately examples in the drawing figures Ausfüh shown, the invention will now be described with additional features. Es zeigen Shown

Fig. 1 ein Schaltbild einer Leuchtdioden-Matrix, Fig. 1 is a circuit diagram of a light emitting diode matrix,

Fig. 2 ein Layout-Schema einer Leuchtdioden-Matrix, Fig. 2 is a layout diagram of a light emitting diode matrix,

Fig. 3 ein Verdrahtungs-Schema für die Schichtenfolge Fig. 3 shows a wiring diagram for the layer sequence

Fig. 4 eine vereinfachte Schichtenfolge mit Mesa-Struktur und Verschaltung, Fig. 4 is a simplified layer sequence with mesa structure and interconnection,

Fig. 5 eine integrierte Transistorenmatrix mit vorgeschal teten Leuchtdioden und Fig. 5 shows an integrated transistors matrix with pre-scarf ended LEDs and

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer LED-Anordnung für den Be trieb ohne zeitlichen Multiplex. FIG. 6 is a block diagram of an LED array for the loading operation without time-division multiplexing.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild für die LED-Zeilenanordnung darge stellt. FIG. 1 is a circuit diagram of the LED arrangement is Darge presents. Die einzelnen Leuchtpunkte L sind nach dem an sich be kannten Prinzip einer Diodenmatrix geschaltet, und zwar in Spal tenleitungen S 1 bis SN und Zeilenleitungen Z 1 bis ZM. The individual luminous dots L are connected after the be per se known principle of a diode matrix, in Spal tenleitungen S1 to SN and row lines Z 1 to ZM. Das zuge hörige Schema eines Halbleiterchips mit Verdrahtung zeigt die Fig. 2. The added impaired diagram of a semiconductor chip wiring is shown in FIG.. 2 In dieser Matrix können jeweils nur die Leuchtdioden L der Zeile Z zum Leuchten gebracht werden, deren Potential durch einen Zeilenschalter z. B. auf einer negativen Spannung von -2 V gehalten wird. In this matrix, in each case only the light emitting diodes of the line Z L can be made to emit light, the potential of which is maintained by such a line switch. B. at a negative voltage of -2 V. Die Leuchtdioden L, die leuchten sollen, wer den gleichzeitig oder nacheinander durch eine positive Spannung an den Spaltenleitungen S von zB +2 V aktiviert. The light-emitting diode L, which are to illuminate the who simultaneously or sequentially activated by a positive voltage to the column lines S of for example +2 V. Im Ruhezu stand sind die Dioden L in diesem Beispiel in Sperrichtung vor gespannt; Was in Ruhezu the diodes L in this example in reverse before strained; halb ausgewählt auf der Spannung 0 Volt. semi selected on the voltage 0 volts.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Layout-Schema sind die Leuchtdioden L der LED-Zeilenanordnung, die jeweils in einer Spaltenleitung S zusammengefaßt sind, zur besseren Übersicht rechteckig umran det. The layout scheme shown in Fig. 2, the LEDs L of the LED arrangement, each of which is summarized in a column line S, rectangular Umran det for clarity. Dargestellt sind dabei die Spaltenleitungen Sl, S 2 und SN und die Verdrahtung bzw. die Zeilenleitungen Z 1 , Z(M-1) und ZM. Illustrated are the column lines Sl, S 2, and SN and the wiring or the row lines Z 1, Z (M-1) and ZM.

Zur Realisierung der erfindungsgemäßen LED-Anordnung in Zeilen form mit Matrixschaltung der Leuchtdioden ist eine monolithi sche Integration in der sogenannten Standard-Rot-Technologie besonders geeignet. To realize the LED assembly according to the invention in rows form with matrix circuit of the LEDs a monolithic inte- gration in the so-called standard-red technology is particularly suitable. Dabei wird, wie in Fig. 3 dargestellt, eine semiisolierende GaAs-Scheibe als Substrat verwendet. In this case, as shown in Fig. 3, a semi-insulating GaAs wafer as a substrate. In diese werden die Spaltenbereiche als N-leitendes GaAs durch eine ent sprechende Dotierung eingebracht. In these areas, the columns are introduced as an N-type GaAs by ent speaking doping. Dies kann in an sich bekann ter Weise durch eine maskierte Ionenimplanation mit Ausheilen oder eine ganzflächige Epitaxie, z. B. aus der Gasphase, erfol gen. Die Herstellung der Spaltenbereiche erfolgt dementspre chend als dotierte Bereiche im semiisolierenden Substrat oder - im Falle der Epitaxie - als ausgeätzte Mesa-Bereiche ( Fig. 3). This may be conditions in a well-ter way by a masked Ionenimplanation with annealing or a whole-area epitaxy, for example, from the gas phase, suc The preparation of the column ranges is done accordingly spre accordingly as doped regions in the semi-insulating substrate or -.. In the case of epitaxy - as been etched mesa regions (Fig. 3). Darauf wird eine GaAs-Phosphid-Übergangsschicht und eine GaAs- Phosphid-Leuchtschicht aufgebracht. On a GaAs-phosphide-transition layer and a GaAs phosphide light-emitting layer is applied. Dies erfolgt in an sich be kannter Weise durch Gasphasenepitaxie. This is done in a manner known per se be by vapor phase epitaxy. Die leuchtende Fläche wird durch eine darin erzeugte P-Dotierung realisiert. The illuminated surface is realized by a generated therein P-type doping. Die Kon taktierung der P-Schicht und Verdrahtung auf der Oberfläche er folgt in der üblichen Metallschichtfolge mit einer Aluminium- oder Goldoberfläche. Kon the clocking of the P-layer and wiring on the surface, it follows in the usual metal layer sequence with an aluminum or gold surface. Ein Schema für die Verdrahtung zeigen die Fig. 3 und 4. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel un terscheidet sich gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel durch eine vereinfachte Schichtenfolge. A scheme for the wiring, Figs. 3 and 4. The embodiment shown in Fig. 4 compared with the un differs in Fig. 3 example illustrated by a simplified layer sequence. Die Verdrahtung bzw. Kontaktierung der jeweils in Zeilen - oder Spaltengruppen zu sammengefaßten Leuchtdioden erfolgt über die Zeilenleitungen Z und die Spaltenleitungen S. Bei den in den Fig. 3 und 4 darge stellten Ausführungsbeispielen sind die Zeilenleitungen Z mit dem P-Gebiet, der jeweils zugeordneten Leuchtdiode und die Spal tenleitungen S mit dem N-Gebiet der jeweils zugeordneten Leucht diode kontaktiert bzw. elektrisch leitend verbunden. The wiring and contact the respective in-line -. Or column groups to bined light-emitting diodes takes place via the row lines Z and the column lines S. In the case of in Figs 3 and 4 Darge presented embodiments, the row lines Z with the P region, the respectively associated LED and Spal tenleitungen S with the N-region of the respectively associated light-emitting diode contacted or electrically connected.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine den die Leuchtpunkte L bildenden Lichtemissionsdioden vorgeschalte te Transistorenmatrix und stellt eine Alternative zu der Dioden matrix dar. Dabei werden die Transistoren T vorteilhaft als GaAs-Feldeffekt-Transistoren ausgebildet, die sich als MESFET zB in der Diom-Technologie auf semiisolierendem GaAs her stellen lassen. The embodiment illustrated in Figure 5. Shows the the luminous dots L-forming light-emitting diodes pre unlock th transistors matrix and provides an alternative to the diodes are matrix. The transistors T are advantageously formed as GaAs field effect transistors as MESFET eg in Diom can provide semi-insulating GaAs technology on her.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß auch auf diese Weise die Anzahl der Kontaktierungen reduziert wird. The advantage of this arrangement is that the number of contacts is reduced in this way. Allerdings erfordert die Ansteuerung bzw. der Betrieb der Matrix in einem zeilenweisen bzw. spaltenweisen Multiplex einen höheren Aufwand. However, in a row-wise or column-wise multiplex the control or operation of the matrix requires more effort. Der Nachteil dieses Multiplexbetriebes kann durch eine Anord nung mit einer MESFET-Decoderschaltung vermieden werden, die ebenfalls in Diom-Technologie auf semiisolierendem GaAs aufge baut werden kann. The disadvantage of this multiplex operation can be avoided by Anord lation with a MESFET decoder circuit also building up in Diom technology on semi-insulating GaAs can be. Das zugehörige Blockschaltbild ist in Fig. 6 dargestellt. The corresponding block diagram is shown in Fig. 6. Für N-Leuchtdioden L werden N-Treibertransistoren T und ca. 6×N bis 12×N -Logiktransistoren benötigt. For N-emitting diodes L N driver transistors T and approximately 6 × N × N to 12 -Logiktransistoren be required. Das ent spricht einer LSI-OEIC. This corresponds speaks of an LSI OEIC. Der Eingang für die Versorgungsspannung ist mit dem Bezugszeichen V versehen. The input for the supply voltage is provided by the reference mark V. TA ist der Eingang für die Taktsignale und C der Eingang für den Code mit N Bit für den Dekodierer mit seriellem Eingang bzw. für das N Bit S/P- Schieberegister (Schieberegister für N Bit zur Seriell/Parallel Umsetzung). TA is the input for the clock signals C and the input for the code having N bits for the decoder with serial input and for the N-bit S / P shift register (shift register is N bits to serial / parallel conversion).

Citas de patentes
Patente citada Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
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DE2726481A1 *11 Jun 197729 Dic 1977Westinghouse Electric CorpAbtast- und antriebseinrichtung fuer festkoerperdarstellungseinrichtungen
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Otras citas
Referencia
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Citada por
Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
DE102008049398A1 *29 Sep 20081 Abr 2010Osram Opto Semiconductors GmbhScheinwerfer mit einer Mehrzahl von Lumineszenzdiodenemittern
DE102012105630A1 *27 Jun 20122 Ene 2014Osram Opto Semiconductors GmbhBeleuchtungsvorrichtung, Beleuchtungsanordnung mit Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung
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Clasificación cooperativaG06K15/1204, H01L27/153, H01L27/156, H04N1/1931
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Eventos legales
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28 Mar 1991OM8Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
21 Nov 19968110Request for examination paragraph 44
2 Nov 20008131Rejection