RU2372671C2

RU2372671C2 - Thin-film light-emitting diode device with possibility of surface mounting

Info

Publication number: RU2372671C2
Application number: RU2007144732/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Семенович Абрамов (RU); Владимир Семенович Абрамов; Валерий Петрович Сушков (RU); Валерий Петрович Сушков; Николай Николаевич Усов (RU); Николай Николаевич Усов; Виктор Васильевич Тарасов (RU); Виктор Васильевич Тарасов; Олег Николаевич Ермаков (RU); Олег Николаевич Ермаков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Центральный Научно-Исследовательский Институт "Циклон" (Оао "Цнии "Циклон")
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2009-11-10
Also published as: RU2007144732A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: thin-film light-emitting diode semiconductor device, designed for assembling using surface mounting technique, has a substrate with an electroluminescent layer on top, having contacts and a control microcircuit, contacts of which are connected to contacts of the electroluminescent layer with formation of connection terminals. The control microcircuit lies inside the substrate at the side which is opposite the side with the electroluminescent layer. Contacts of the microcircuit and the electroluminescent layer are connected through at least one vertical opening, made in the substrate, consisting of a silicon layer on sapphire. The control microcircuit lies inside the silicon layer, the electroluminescent layer lies on the reverse side on sapphire, between sapphire and the electroluminescent layer there is an indium oxide layer, and connection terminals serve for surface mounting of the device.

EFFECT: design of a device for displaying information with large area of the outer surface.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к светодиодным устройствам, и может найти применение в электронной промышленности при разработке и производстве светодиодных устройств, используемых при создании устройств отображения информации (дисплеев, информационных табло и т.п.).The invention relates to the field of electronic technology, namely to LED devices, and can find application in the electronics industry in the development and production of LED devices used to create information display devices (displays, information boards, etc.).

В настоящее время известны и нашли широкое применение при создании устройств отображения информации OLED (от англ. Organic Light Emitting Diode - органический светодиод), или тонкопленочные светодиоды, состоящие из многослойной органической подложки с нанесенным на нее излучающим слоем, в качестве которого также используют органическое соединение. Такие светодиоды обладают малыми габаритами при достаточно высоких эксплуатационных характеристиках (отсутствие необходимости подсветки, высокая цветопередача и т.п.), что делает возможным их массовое применение при создании световых панелей или дисплеев для различных малогабаритных устройств, таких как сотовые телефоны, МР3-плееры и т.п. Вместе с тем, таким диодам присущи и серьезные недостатки, самыми существенными из которых являются малый срок службы, обусловленный материалом подложки (органика), а также практическая невозможность создания на их основе больших матриц, например, для информационных табло. Последнее обусловлено, в частности, особенностями конструкции выводов, располагаемых на боковых поверхностях светодиода ввиду малой механической прочности органической подложки, что в свою очередь отрицательно сказывается на возможности стыковки светодиодов при создании больших матриц.Currently known and found wide application in the creation of OLED information display devices (from the English Organic Light Emitting Diode - organic light emitting diode), or thin-film LEDs consisting of a multilayer organic substrate with an emitting layer deposited on it, which also use an organic compound . Such LEDs are small in size with sufficiently high operational characteristics (no need for backlighting, high color rendering, etc.), which makes possible their mass application in the creation of light panels or displays for various small-sized devices, such as cell phones, MP3 players and etc. At the same time, these diodes also have serious drawbacks, the most significant of which are the short service life due to the substrate material (organic), as well as the practical impossibility of creating large matrices based on them, for example, for information boards. The latter is due, in particular, to the design features of the terminals located on the lateral surfaces of the LED due to the low mechanical strength of the organic substrate, which in turn negatively affects the possibility of joining the LEDs when creating large arrays.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании принципиально новой конструкции тонкопленочного светодиода с органическим излучающим слоем, который, обладая всеми достоинствами OLED (габариты, эксплуатационные характеристики), был бы лишен присущих органическим светодиодам недостатков.The objective of the invention is to create a fundamentally new design of a thin-film LED with an organic emitting layer, which, having all the advantages of OLED (dimensions, performance), would be devoid of the inherent disadvantages of organic LEDs.

Технический результат, достигаемый созданием заявленной конструкции светодиода, состоит в возможности использования его для создания устройств отображения информации с большой площадью внешней поверхности (например, информационное табло) при одновременном сохранении малых габаритов устройства в целом.The technical result achieved by the creation of the claimed LED design consists in the possibility of using it to create information display devices with a large external surface area (for example, an information board) while maintaining the small dimensions of the device as a whole.

Для достижения поставленного результата в известном тонкопленочном светодиодном устройстве, предназначенном для сборки методом поверхностного монтажа и содержащем подложку с расположенным поверх нее электролюминесцентным органическим слоем с контактами и микросхему управления, контакты которой соединены с контактами электролюминесцентного слоя с образованием присоединительных выводов, предлагается микросхему управления расположить внутри подложки со стороны, противоположной стороне с электролюминесцентным слоем, контакты микросхемы и электролюминесцентного слоя соединить через по меньшей мере одно вертикальное отверстие, выполненное в подложке, состоящей из слоя кремния на сапфире, при этом микросхему управления расположить внутри слоя кремния, электролюминесцентный слой - на противоположной стороне сапфира между ним и слоем окиси индия, а присоединительные выводы использовать для поверхностного монтажа устройства.To achieve the result in a known thin-film LED device intended for assembly by surface mounting and containing a substrate with an electroluminescent organic layer located on top of it with contacts and a control chip, the contacts of which are connected to the contacts of the electroluminescent layer to form connection leads, it is proposed to place the control chip inside the substrate from the side opposite to the side with the electroluminescent layer, the contacts of the mic connect the circuits and the electroluminescent layer through at least one vertical hole made in the substrate, consisting of a silicon layer on sapphire, with the control chip located inside the silicon layer, the electroluminescent layer on the opposite side of the sapphire between it and the indium oxide layer, and the connection leads use for surface mounting device.

Изобретение иллюстрируется изображением заявленного устройства в разрезе (см. чертеж).The invention is illustrated in the context of the claimed device (see drawing).

Возможность достижения поставленного результата обусловлена тем, что использование для изготовления подложки светодиода таких материалов, как кремний и сапфир, более стойких к внешним воздействиям, нежели используемые при создании подложки OLED органические материалы, позволяет существенно повысить срок службы всего устройства в целом, сохранив при этом его эксплуатационные характеристики на высоком уровне, при этом существенно повысив такой показатель, как срок службы, сохранив при этом такое важное достоинство OLED диодов, как весьма малая общая толщина устройства в целом. Кроме того, использование такого материала подложки, как кремний на сапфире, делает возможным формирование вертикальных отверстий по всей ее толщине, что позволяет существенно повысить общую компактность устройства и, как следствие, использовать его для создания устройств отображения информации большой площади, что более подробно будет раскрыто ниже.The possibility of achieving the result is due to the fact that the use of materials such as silicon and sapphire that are more resistant to external influences than the organic materials used to create the OLED substrate for the manufacture of the LED substrate can significantly increase the life of the entire device, while maintaining it performance at a high level, while significantly increasing such an indicator as service life, while maintaining such an important advantage of OLED diodes, as it is very The total thickness of the device as a whole. In addition, the use of such a substrate material as silicon on sapphire makes it possible to form vertical holes throughout its thickness, which can significantly increase the overall compactness of the device and, as a result, use it to create large-area information display devices, which will be described in more detail below.

В общем виде заявленное светодиодное полупроводниковое устройство состоит из подложки, выполненной из пластинки сапфира (Al₂O₃) 1 с наращенным на ней слоем кремния 2. Технология изготовления подобного материала широко известна и в данном описании не рассматривается. Слой сапфира служит изолятором будущего светодиодного устройства, слой кремния - элементом электронной схемы управления. Внутри слоя кремния расположена микросхема управления 3, контакты 4 которой соединены с контактами 4' электролюминесцентного слоя 5. Последний расположен на слое 6 окиси индия, который в свою очередь расположен поверх пластинки сапфира. Соединение 7 контактов микросхемы и электролюминесцентного слоя произведено через вертикальное отверстие или отверстия, выполненные в подложке и транспортном слое. Подобное соединение контактов (через отверстия), равно как и описанное расположение микросхем, позволяет формировать контакты присоединительных выводов 8 светодиода на тыльной его стороне, существенно повысив его компактность за счет исключения необходимости формирования боковых выводов и, как следствие, позволяет бесшовно компоновать светодиоды по их боковым поверхностям в единую матрицу больших размеров, например в информационное табло.In general terms, the claimed LED semiconductor device consists of a substrate made of a sapphire plate (Al ₂ O ₃ ) 1 with a silicon layer 2 on it. The manufacturing technology of such a material is widely known and is not considered in this description. The sapphire layer serves as an insulator of the future LED device, the silicon layer as an element of the electronic control circuit. Inside the silicon layer is a control chip 3, the contacts 4 of which are connected to the contacts 4 'of the electroluminescent layer 5. The latter is located on the layer 6 of indium oxide, which in turn is located on top of the sapphire plate. The connection of 7 contacts of the microcircuit and the electroluminescent layer is made through a vertical hole or holes made in the substrate and the transport layer. Such a connection of the contacts (through the holes), as well as the described arrangement of microcircuits, allows you to form the contacts of the connecting leads 8 of the LED on its back side, significantly increasing its compactness by eliminating the need to form side leads and, as a result, allows you to seamlessly arrange the LEDs along their side surfaces in a single matrix of large sizes, for example in a bulletin board.

В заключении следует отметить, что для специалистов в данной области является очевидным, что возможность использования заявленной конструкции вышеописанным образом является приоритетной, но не единственной возможностью и заявленная конструкция с одинаковым успехом может быть использована и для создания малогабаритных экранов для сотовых телефонов, МРЗ плееров и т.п.In conclusion, it should be noted that for specialists in this field it is obvious that the possibility of using the claimed design in the above manner is a priority, but not the only possibility, and the claimed design can equally well be used to create small-sized screens for cell phones, MP3 players, etc. .P.

Claims

A thin-film LED semiconductor device intended for surface mounting assembly containing a substrate with an electroluminescent layer located on top of it with contacts and a control chip, the contacts of which are connected to the contacts of the electroluminescent layer to form connection leads, characterized in that the control chip is located on the side of the substrate, the opposite side with the electroluminescent layer, the contacts of the microcircuit and the electroluminescent layer with are united through at least one vertical hole made in a substrate consisting of a silicon layer on sapphire, wherein the control chip is located inside the silicon layer, the electroluminescent layer is located on the back side on the sapphire, an indium oxide layer is located between the sapphire and electroluminescent layer, and the connecting conclusions are used for surface mounting of the device.