DD241155A1

DD241155A1 - MINIATURE LED

Info

Publication number: DD241155A1
Application number: DD28075585A
Authority: DD
Inventors: Guenter Claus; Helmut Muchow; Juergen Dunmann; Bernd Wishoeth; Olaf Raitza; Alf Treske; Klaus Illgner
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1986-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Konstruktionsform, die als einzelne Leuchtpunkte oder in komplexer Anordnung zur Darstellung von Betriebszustaenden sowie von analogen oder digitalen Informationen eingesetzt wird. Ziel der Erfindung ist es eine passfaehige LED zu schaffen, die trotz der flachen und schmalen Bauform gute applikative Eigenschaften, eine gute Qualitaet und guenstige Voraussetzung fuer die Automatisierbarkeit der Fertigung besitzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, LED-Anordnungen zu schaffen, die im Miniaturisierungsgrad den Flachbandanzeigen aequivalent sind, diese jedoch in den optischen und Zuverlaessigkeitseigenschaften sowie in der zusaetzlichen Moeglichkeit einer Einzel-LED-Fertigung uebertreffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch die konstruktive Gestaltung der dem Chip abgewandten Seite eines flexiblen, transparenten oder diffusen Leiterplattentraegers als Anzeigeflaeche mittels nichttransparentem Siebdrucklack, die Verwendung eines spiegelnden Belages auf der dem Chip zugewandten sphaerischen oder ebenen Grenzflaeche des Umhuellungsharzes sowie durch die Verwendung eines keramischen oder metallischen Stuetzteils mit Freimachungen fuer das Chip als laterale Begrenzung der Harzumhuellung des Chips geloest.The invention relates to an LED construction form, which is used as a single luminous points or in a complex arrangement for representing Betriebszustaenden and analog or digital information. The aim of the invention is to provide a passable LED, which despite the flat and narrow design good applicative properties, a good quality and favorable condition for the automation of production have. The invention has for its object to provide LED assemblies that are equivalent to flat-band displays in the degree of miniaturization, but these exceed in the optical and reliability properties and in the additional possibility of a single LED manufacturing. According to the invention, the object is achieved by the constructive design of the side facing away from the chip of a flexible, transparent or diffuse Leiterplattentraegers as Anzeigeflaeche by means of non-transparent screen printing lacquer, the use of a reflective coating on the chip facing spherical or planar boundary surface of the Umhüllungsharzes and by the use of a ceramic or metallic Support part with clearances for the chip as a lateral delimitation of the Harzumhüllung of the chip solved.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine LED-Konstruktionsform, die als einzelne Leuchtpunkte oder in komplexer Anordnung zur Darstellung von Betriebszuständen sowie von analogen und digitalen Informationen eingesetzt wird.The invention relates to an LED construction form, which is used as a single luminous points or in a complex arrangement for representing operating states as well as analog and digital information.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt sind plastumhüllte Lichtemitterdioden, die auf der Grundlage von metallischen Trägerstreifen gefertigt werden. Das Halbleiterchip befindet sich in einer als Kalotte ausgebildeten Prägung eines als Elektrode dienenden Pfostens. Den zweiten Kontakt erhält das Chip mittels Bonddraht vom zweiten Pfosten. Im Fallederelektrischen Austeuerung wird das vom Chip emittierte Licht zum Teil direkt in Richtung der Flächennormalen des Chips abgestrahlt, zum Teil gelangt es als Kantenstrahlung zunächst auf die Kalottenwände und wird von dort in die Normalrichtung gespiegelt.Plastic coated light emitting diodes are known, which are manufactured on the basis of metallic carrier strip. The semiconductor chip is in a form of a dome embossed serving as an electrode post. The second contact receives the chip by means of bonding wire from the second post. In the case of electrical control, the light emitted by the chip is emitted partly directly in the direction of the surface normal of the chip, partly it arrives at the dome walls as edge radiation and is mirrored therefrom in the normal direction.

In vielen Fällen hat die die gesamte Anordnung umschließende Umhüllung aus transparentem oder diffusem Epoxydharz zusätzlich eine optische bündelnde Wirkung. Trägerstreifen- ifnd Umhüllungsgeometrie bestimmen die Außenabmaße dieser Lichtemitterdioden.In many cases, the wrapping of transparent or diffuse epoxy resin surrounding the entire arrangement additionally has an optical bundling effect. Carrier strip and cover geometry determine the outside dimensions of these light emitting diodes.

LED-Anordnungen zur Symboldarstellung sind in monolithischer und hybrider Form bekannt. Monolithische Anordnungen enthalten in einem Halbleiterchip die gewünschte, fotolithografisch erzeugte Leuchtstruktur, die ebenfalls beipielsweise durch Plastelimen vergrößert wird. Hybride Formen sind beispielsweise sogenannte Lichtschachtänzeigen und die Flachbandanzeigen. Die Chips werden hybrid auf mit Leitbahnen versehenen Träger montiert. Bei Lichtschachtanzeigen wird das emittierte Licht mittels Vielfachreflexion im Lichtschacht auf eine größere Anzeigefläche verteilt, während bei Flaohbandanzeigen die Chips auf flexiblen Trägern hybrid montiert werden und das Licht ohne weitere optische Hilfsmittel direkt auf ein streuendes Medium gelangt und damit eine sehr flache Bauform und eine dichte Packung von LED-Funktionen gelingt. Während den herkömmlichen LED-Konstruktionen und Lichtschachtbauelementen eine vergleichsweise große Bauform eigen ist, sind Flachbandanzeigen nach der DD-PS 200295 zwar durch günstige Geometrien, jedoch auch durch beträchtliche Lichtverluste gekennzeichnet. Außerdem fehlt der Flachbandtechnik bisher ein fertigungsfreundlicher Weg zu Einzel-LED mit dem entsprechenden Design.LED arrays for symbol representation are known in monolithic and hybrid form. Monolithic arrangements contain in a semiconductor chip the desired, photolithographically produced luminescent structure, which is also increased, for example, by plastic limes. Hybrid forms are, for example, so-called Lichtschachtänzeigen and the flat-band displays. The chips are mounted hybrid on tracked carriers. In the case of light shaft displays, the emitted light is distributed to a larger display surface by multiple reflection in the light shaft, whereas in flaohband displays the chips are hybrid mounted on flexible carriers and the light passes directly onto a scattering medium without further optical aids and thus a very flat design and a dense packing of LED functions succeed. While the conventional LED constructions and light shaft construction elements have a comparatively large design, flat-band displays according to DD-PS 200295 are characterized by favorable geometries, but also by considerable light losses. In addition, the flat-band technology so far lacks a production-friendly way to single LED with the appropriate design.

In der DE-OS 2429174 ist ein Lösungsweg zur Herstellung von Diodeneinheiten umschrieben, bei dem die LED-Chips auf eine transparente flexible Leiterplatte montiert werden, eine gezielte Gestaltung des Leiterbildes sowie eine reflektorähnliche Schutzkappe sichern einen maximalen Lichtaustritt durch die Trägerfolie hindurch. Die Montage derartiger LED-Einheiten ist jedoch sehr aufwendig, optisch sind gegenüber bekannten Lösungen keine Verbesserungen zu erwarten. Bekannt ist weiterhin die Lösung in der DE-OS 3048388, bei der die Halbleiterchips an einer Kante der Trägerleiterplatte montiert und durch einen Reflektorkörper umhüllt sind, dessen Lichtaustrittöffnungen so angeordnet sind, daß das Licht im wesentlichen parallel zur Trägerleiterplatte austritt. Diese vorgeschlagene Konstruktion führt zu den Rechteckdioden ähnlichen Anordnungen, läßt aber die Fertigung von Miniatur-LED in kostengünstiger und physikalisch optimaler Weise nicht zu.In DE-OS 2429174 a solution for the production of diode units is described, in which the LED chips are mounted on a transparent flexible printed circuit board, a targeted design of the circuit pattern and a reflector-like protective cover ensure maximum light emission through the carrier film. However, the installation of such LED units is very expensive, optically no improvements are expected over known solutions. Also known is the solution in DE-OS 3048388, in which the semiconductor chips are mounted on an edge of the carrier circuit board and enveloped by a reflector body whose light exit openings are arranged so that the light emerges substantially parallel to the carrier circuit board. This proposed construction leads to the rectangular diode-like arrangements, but does not allow the production of miniature LED in a cost effective and physically optimal manner.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine zu Flachbandanordnungen paßfähige LED zu schaffen, die trotz der flachen und schmalen Bauform gute applikative Eigenschaften, eine mit bekannten LED vergleichbare Qualität sowie die zu einer Massenfertigung gehörigen konzeptionellen Voraussetzungen für die Automatisierbarkeit der Fertigung besitzen.The aim of the invention is to provide an adaptable to flat ribbon LED, which despite the flat and narrow design good applicative properties, comparable with a known LED quality and have the mass production associated conceptual requirements for the automation of manufacturing.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einzel-LED und LED-Anordnungen zu entwickeln, die im Miniaturisierungsgrad den Flachbandanzeigen äquivalent sind, diese jedoch in den optischen Eigenschaften und Zuverlässigkeitseigenschaften sowie in der zusätzlichen Möglichkeit einer Einzel-LED-Fertigung übertreffen.The invention has for its object to develop single LED and LED arrays, which are equivalent to the flat-band displays in the degree of miniaturization, but these exceed in the optical properties and reliability characteristics and in the additional possibility of a single LED manufacturing.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halbleiterchips in bekannter Weise auf klar-transparente oder weiß-diffuse und mit im Emissionsbereich schmalen Leiterbahnen versehene flexible Leiterplatten montiert sind. Die dem Chip abgewandte Oberfläche des Chipträgers ist mit einer Blendenstruktur aus nichttransparentem Lack präpariert. Die montierten und mittels Drahtbonden kontaktierten Lichtemitterchips tragen im Raster der Chipanordnung in einer Dosiereinrichtung aufgebrachte und formbeständig ausgehärtete Harztropfen. Die aus dem Harztropfen herausragenden Leitbahnen, die dem Chip zugewandt sind, sind mittels Abdecklack geschützt, die Harzoberfläche trägt einen metallischspiegelnden Belag, dessen Hohlspiegelwirkung bei transparenten Leiterplatten zu einer stark gebündelten Abstrahlung, bei diffusem Leiterplattenmaterial zu einer Kosinusabstrahlung führt. Die Begrenzung der Harzumhüllung der Chips erfolgt durch ein keramisches und/oder metallisches Stützteil mit Freimachungen für die Chips entsprechend der Struktur der Anzeigefläche. Bei Verwendung von flexiblen Leiterplatten mit einer Vielzahl von Chippositionen ist jede Chipposition mit einem diskreten Stützteil versehen. Das Stützteil ist flächenhaft ausgebildet und die Freimachungen sind als polyeder- oder halbkugelförmig spiegelnde Kalotten, so daß diese konstruktive Ausweichvolumina für den Harzüberlauf vorgesehen und in die Gestaltung der Anzeigefläche einbezogen sind. Eine mittels Siebdruck aufgebrachte Farbschicht mit Öffnungen gewünschter Geometrie blendet das Licht unerwünschter Randbezirke aus. Ein Schutzlack auf dem Spiegelbelag sichert das Bauelement gegen mechanische und klimatische Einflüsse, die in den Randbereichen der Leiterplatte liegenden Leitbahnenden sind lötbar verzinnt und bei thermisch beständigem Leiterplattenmaterial mittels Oberflächenlötung direkt mit der Leiterplatte galvanisch verbunden. ' ·According to the invention the object is achieved in that the semiconductor chips are mounted in a known manner on clear-transparent or white-diffused and provided in the emission area narrow printed circuit boards flexible printed circuit boards. The chip surface facing away from the chip carrier is prepared with a diaphragm structure of non-transparent paint. The mounted and contacted by wire bonding light emitting chips wear in the grid of the chip assembly in a metering device applied and dimensionally stable cured resin drops. The protruding from the resin droplets conductive tracks, which are facing the chip are protected by Abdecklack, the resin surface carries a metallischspiegelnden coating whose concave mirror effect leads to a highly concentrated radiation in transparent printed circuit boards, with diffuse printed circuit board material to a cosine radiation. The limitation of the resin covering of the chips is effected by a ceramic and / or metallic support part with clearances for the chips corresponding to the structure of the display surface. When using flexible circuit boards with a variety of chip positions each Chipposition is provided with a discrete support part. The support member is formed areally and the frankings are polyhedral or hemispherical spherical caps, so that these constructive evasive volumes are provided for the resin overflow and included in the design of the display area. An applied by screen printing ink layer with openings of desired geometry hides the light of undesirable edge districts. A protective lacquer on the mirror covering secures the component against mechanical and climatic influences, the conductor ends lying in the edge regions of the printed circuit board are solderably tinned and, in the case of thermally resistant printed circuit board material, are galvanically connected directly to the printed circuit board by means of surface soldering. '·

embodiment

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachstehend an drei Figuren näher erläutert werden.The solution according to the invention will be explained in more detail below in three figures.

Figur 1: Eine bügellötfähige, weiß diffuse flexible Leiterplatte 1 aus Polyimid ist als bandförmiges Material mit Lichtemitterchips 4 versehen und kontaktiert worden. Die unmittelbare Umgebung des Chips trägt ein vorgefertigtes und aufgeklebtes Stützteil 2 aus temperaturbeständigem, lichtundurchlässigem Plast beispielsweise schwarzem Polyester oder aus Metall beispielsweise Aluminium. Die Klebeschicht 3 besteht aus Polyesterklebefolie. Die.Freimachung ist mit bei 120°C ausgehärtetem transparenten Epoxid Gießharz 5 gefüllt. Über die Fläche des Stützteiles befindet sich ein spiegelnder Belag 6, der mittels Siebdruck mit einer lichtundurchlässigen Siebdruckfarbe 9 einschließlich Gießharzgrenze gezogen worden ist. Ebenso trägt das gesamte Stützteil eine aufgeklebte Schutzfolie 7. Die .nicht von Stützteilen belegten Leiterplattenfläche bilden die beweglichen Glieder in der sogenannten LED-Kette und sind gleichzeitig die vorgesehenen Schnittstellen für das entsprechend den Anwenderinteressen notwendige Trennen der LED-Bänder und Einzel-LED.FIG. 1: A flexible solderable, white-diffuse, flexible printed circuit board 1 made of polyimide has been provided as strip-shaped material with light-emitting chips 4 and has been contacted. The immediate vicinity of the chip carries a prefabricated and glued support member 2 made of temperature-resistant, opaque plastic, for example, black polyester or metal, for example, aluminum. The adhesive layer 3 is made of polyester adhesive film. Die.Freimachung is filled with cured at 120 ° C transparent epoxy casting resin 5. Over the surface of the support member is a reflective coating 6, which has been drawn by screen printing with an opaque screen printing ink 9 including Gießharzgrenze. Likewise, the entire support part carries a glued-on protective film 7. The printed circuit board surface not occupied by support parts form the movable members in the so-called LED chain and are at the same time the interfaces provided for separating the LED strips and individual LEDs according to the user's interests.

In Figur 2 wird auf das Stützteil verzichtet.In Figure 2, the support member is omitted.

Figur 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem über den Zwischenschritt eines Zwillingsaufbaus — zwei Chips in der mit Epoxidharz ausgegossene Freimachung — mit anschließendem Trennschnitt zwei Einzeldioden entstehen.FIG. 3 shows an example in which two individual diodes are formed via the intermediate step of a twin structure-two chips in the franking that is poured out with epoxy resin-followed by a separation cut.

Hierbei wirkt die großflächig gestaltete Metallisierung ebenfalls als Reflexionsschicht, die beidseitig aufgebrachte Schutzfolie 7 verhindert seitlichen Lichtaustritt. Die beabsichtigte Lichtaustrittsfläche ist die Schnittfläche A.Here, the large-scale designed metallization also acts as a reflection layer, the applied on both sides of protective film 7 prevents lateral light leakage. The intended light exit surface is the sectional area A.

Claims

Invention claim:

1. miniature LED based on semiconductor light emitting chips, transparent or diffuse translucent flexible circuit boards as a chip carrier and embedded in transparent or diffused resin chips, characterized in that the chip facing away from the surface of the chip carrier prepared with a diaphragm structure of non-transparent lacquer and constructively designed as a display surface is the chip-facing spherical or planar interface of the resin sheath carries a reflective coating and the lateral boundary of the resin sheath of the chips is formed by a ceramic and / or metallic support member with clearances for the chips according to the structure of the display surface.

2. miniature LED according to item 1, characterized in that there is an electrically conductive adhesive layer and / or film between the support member and flexible circuit board.

3. miniature LED according to item 1 and 2, characterized in that the flexible printed circuit board is used with a plurality of Chippositionen and each Chipposition is provided with a discrete support member.

4. miniature LED according to item 1 to 4, characterized in that the support member is formed areally and the frankings are shaped as polyhedral or hemispherical reflective domes.

5. miniature LED according to item 1 to 5, characterized in that constructively provided for supporting parts with dome-shaped embossing alternative volumes for the resin overflow and included in the design of the display area.