Brevet FR3036228A1 — publié le 20161118

Procédé de fabrication de circuits électriques pour diodes électro- luminescentes, circuit obtenu par ce procédé et écran d'affichage comportant un tel circuit [001] L'invention concerne de domaine de la fabrication de dispositifs d'éclairage à diodes-électroluminescentes. [002] Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de fabrication de circuits électriques pour supporter et connecter des diodes électroluminescentes, que l'on peut utiliser notamment pour réaliser des écrans électroniques d'affichage. [003] Les écrans électroniques d'affichage sont utilisés, par exemple, dans des dispositifs électroniques nomades tels que des tablettes, des téléphones portables, etc. Il est constamment recherché une augmentation de l'autonomie de ce type de dispositif. En outre, il y a une tendance à toujours miniaturiser et réduire le poids de tels dispositifs. [004] Un but de l'invention est de contribuer au moins partiellement à l'apport de solutions visant à satisfaire les besoins créés par ces tendances. [005] A cet effet, on utilise selon l'invention un procédé de fabrication de circuits électriques pour diodes électroluminescentes, sur circuit flexible. Selon ce procédé, on fournit un substrat diélectrique ayant une première et une deuxième faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat. On réalise au moins une première ouverture s'étendant, à travers le substrat, entre les première et deuxième faces principales. On fournit également un feuillet de matériau électriquement conducteur que l'on fixe, par exemple par lamination, sur une première des deux faces principales du substrat. On obtient donc une cavité dans laquelle on peut placer, par la première ouverture, au moins une diode électroluminescente. On connecte chaque diode électroluminescente entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur. Afin de propager la lumière émise dans une cavité, essentiellement dans le plan du substrat, on utilise un substrat constitué d'un matériau transmettant la lumière et on recouvre la première ouverture d'une couche 3036228 2 de matériau opaque, du côté correspondant à la deuxième des deux faces principales du substrat. [006] Grâce à ce procédé, il est possible de fabriquer des circuits électriques pour diodes électroluminescentes, dans lesquels la lumière peut diffuser dans l'épaisseur 5 du substrat, pour mieux être répartie sur une plus grande surface. On peut ainsi éclairer un écran électronique d'affichage avec relativement moins de diodes électroluminescentes pour une même surface et même gérer un éclairage partiel de l'écran. D'où un potentiel gain en énergie et en autonomie pour les dispositifs équipés de ce type d'écran. 10 [007] Ce procédé comporte éventuellement l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison de tout ou partie d'entre elles : [oos] - la couche de matériau opaque comporte une zone ouverte par laquelle la lumière émise par la diode électroluminescente est transmise, par et après 15 propagation dans le substrat essentiellement dans le plan de celui-ci, entre la cavité correspondant à la première ouverture et dans laquelle est montée la diode électroluminescente et la zone ouverte dans la couche de matériau opaque ; autrement dit la lumière émise par des diodes électroluminescentes situées par exemple en périphérie d'un écran est propagée dans l'épaisseur du substrat jusqu'à 20 la zone ouverte qui peut être utilisée pour rétroéclairer un écran ; [009] - on réalise dans le substrat, à distance de la première ouverture, une structure guidant la lumière émise par la diode électroluminescente ; ce type de disposition peut être ainsi utilisé pour optimiser les chemins de propagation de la lumière dans l'épaisseur du substrat, afin par exemple de mieux répartir la lumière 25 émise par une pluralité de diodes disposées autour d'une zone ouverte ; pour ce faire on forme, par exemple, au moins une deuxième ouverture s'étendant, entre les première et deuxième faces principales à travers le substrat, que l'on recouvre, sur la deuxième des deux faces principales du substrat, d'une couche de matériau opaque, formant ainsi une cavité dont au moins une surface forme une structure guidant la 30 lumière émise par une diode électroluminescente ; pour jouer sur les indices de réfraction au niveau des structures ainsi formées, on remplit au moins partiellement la deuxième ouverture de silicone ; 3036228 3 [001 0] - on choisit le matériau du substrat dans la liste comprenant le poly méthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène, la famille des silicones ou tout autre matériau transparent permettant de guider la lumière; le choix du matériau du substrat influe sur la transmission de la lumière dans son épaisseur ; et 5 [0011] - lorsque les premières et deuxièmes ouvertures sont remplies d'un polymère (notamment dans le cas des premières ouvertures pour encapsuler les diodes électroluminescentes et leurs connexions), il est possible d'obtenir une deuxième face de substrat essentiellement plane sur laquelle on réalise la couche de matériau opaque par exemple, par dépôt d'une encre noire. 10 [0012] Grâce à l'utilisation d'un substrat, d'un feuillet de matériau électriquement conducteur et d'une couche de matériau opaque flexibles et minces, il est possible d'utiliser des procédés de fabrication en continu (« reel-to-reel » ou « roll-to-roll » selon la terminologie anglo-saxonne). Ces procédés permettent d'atteindre des vitesses de fabrication relativement élevées, rendant ainsi ceux-ci particulièrement 15 intéressants au plan économique. [0013] Selon un autre aspect, l'invention concerne un circuit électrique pour diode électroluminescente obtenu par le procédé mentionné ci-dessus. Ce circuit comprend alors : - un substrat diélectrique ayant une première et une deuxième faces 20 principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat, une ouverture s'étendant, entre les première et deuxième faces principales, à travers le substrat, ce substrat étant constitué d'un matériau transmettant la lumière, - un feuillet de matériau électriquement conducteur situé sur une première des 25 deux faces principales du substrat, - au moins une diode électroluminescente logée dans une cavité correspondant à l'ouverture et électriquement connectée entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur, et 30 - une couche de matériau opaque déposée sur l'ouverture. [0014] Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un écran d'affichage électronique comportant un circuit tel que celui mentionné ci-dessus, comprenant une 3036228 4 pluralité de cavités dans chacune desquelles est placée au moins une diode électroluminescente, ces cavités étant essentiellement alignées parallèlement à au moins un bord de l'écran. On peut alors prévoir que la couche de matériau opaque comporte une zone ouverte correspondant essentiellement à une zone d'affichage de 5 l'écran. [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 a à 1i représentent schématiquement en coupe différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'un circuit électrique pour diode 10 électroluminescente ; - la figure 2 représente schématiquement une vue éclatée d'une portion constitutive du circuit obtenu par le procédé illustré par les figures 1a à 1 i ; - la figure 3a représente schématiquement en perspective, une bande comportant plusieurs circuits électriques pour diode électroluminescente, et la figure 15 3b montre de manière agrandie une partie de l'un de ces circuits. [0016] Sur ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques ou similaires. [0017] L'invention est illustrée dans la suite à l'aide d'un exemple de mode de réalisation particulier d'un circuit électrique 100. 20 [0018] Comme représenté sur la figure 1 a, on fournit, dans un procédé en continu, un substrat 1 diélectrique, flexible (Fig. 1 a). Le substrat 1 diélectrique se présente sous forme d'une bande s'étendant essentiellement dans deux directions et ayant une épaisseur limitée par une première 3 et une deuxième 4 faces principales. Le substrat 1 est par exemple constitué de poly méthacrylate de méthyl (par exemple du 25 Plexiglass®), ou tout autre matériau diélectrique flexible approprié pour, d'une part, propager de la lumière dans son épaisseur, entre ces première 3 et deuxième 4 faces principales, et d'autre part, pouvoir subir sans dégradation notable des étapes de photolithographie et gravure. [0019] Ce substrat 1 diélectrique est généralement mince (son épaisseur est par 30 exemple de l'ordre de 100 um) pour conserver une flexibilité compatible avec un procédé de fabrication en continu. Plus généralement, cette épaisseur est comprise entre 25 et 500 microns. 3036228 5 [0020] Une couche d'adhésif 2 est enduite sur au moins l'une 3 des faces principales du substrat 1 (fig. 1 b). Le matériau utilisé pour réaliser cette couche d'adhésif 2 est par exemple un matériau polymérisable à chaud (par exemple un adhésif avec une base époxy ou acrylique). Son épaisseur est par exemple de l'ordre de 20 ilm. 5 [0021] Le complexe comprenant le substrat 1 et la couche d'adhésif 2 est ensuite perforé pour former des ouvertures 5 (Fig. 1c). Cette opération est par exemple réalisée par poinçonnage. Les ouvertures 5 correspondent par exemple, d'une part, à des cavités 6 dans lesquelles seront logées des diodes électroluminescentes 7 et, d'autre part, à des structures guidant la lumière 8 (voir également figures 2 et 3b). 10 [0022] Une fois perforé, le complexe comprenant le substrat 1 et la couche d'adhésif 2 est ensuite laminé avec un feuillet de matériau électriquement conducteur 9, par exemple en cuivre ou un de ses alliages (fig. 1d), dont l'épaisseur est comprise entre 12 et 500um (une épaisseur relativement importante peut être éventuellement utile pour évacuer la chaleur produite par les diodes). Eventuellement, ce feuillet de 15 matériau électriquement conducteur 9 est protégé sur sa surface qui n'est pas au contact du substrat 1, par une couche protectrice 16 électriquement isolante de type vernis photo imageable (voir fig. 2) (l'épaisseur de cette couche protectrice 16 est par exemple comprise entre 20 et 80um par exemple). [0023] Le nouveau complexe comprenant le substrat 1, la couche d'adhésif 2 et le 20 feuillet de matériau électriquement conducteur 9 subit alors des étapes de photolithographie et gravure, selon des procédés connus de l'homme du métier, afin de mettre en forme des pistes conductrices, des anodes et des cathodes, isolées électriquement les unes des autres par un espace 10 (fig. 1 e). [0024] Comme illustré par la figure 1f, une diode électroluminescente 7 peut alors 25 être colée (par exemple selon la technologie dite « die-attached » selon la terminologie anglo-saxonne) dans chaque cavité 6 sur une piste, anode ou cathode du feuillet de matériau électriquement conducteur 9 avec un adhésif 11, et connectée à une anode et une cathode à l'aide de fils conducteurs 12 d'une manière connue selon la technique dite de la soudure de fils (« wire bonding » selon la terminologie 30 anglo-saxonne). Alternativement, la diode électroluminescente 7 est connectée à l'anode et la cathode par la technologie de la puce retournée (« flip chip » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par une combinaison de ces deux techniques. 3036228 6 [0025] Un polymère 13, par exemple de silicone, est dispensé dans les cavités 6 (Fig. 1g) afin d'encapsuler chaque diode électroluminescente 7 et combler les cavités 6 pour préparer l'étape suivante. Eventuellement, en utilisant une silicone avec un luminophore, on peut modifier la chaleur de la lumière émise par les diodes 5 électroluminescentes 7. [0026] Un autre polymère 14, par exemple également du silicone, est dispensé dans les structures guidant la lumière 8 (Fig. 1h). Eventuellement ces deux dernières étapes peuvent être réalisées simultanément. [0027] Ces deux étapes ont permis de combler les cavités 6 et les structures 10 guidant la lumière 8 pour préparer l'étape suivante, comprenant l'enduction d'une couche de matériau opaque 15, du côté correspondant à la deuxième 4 des deux faces principales 3, 4 du substrat 1 (fig. 1i). La lumière émise par les diodes électroluminescentes 7 est écrantée sur la première face 3 du substrat 1, par le feuillet de matériau électriquement conducteur 9 et sur la deuxième face 4 du substrat 15 1, par la couche de matériau opaque 15. La lumière ne peut donc sortir des cavités 6 que par propagation parallèlement au plan du substrat 1 (perpendiculairement à la direction normale d'émission des diodes électroluminescentes 7). [0028] La couche de matériau opaque 15 est par exemple constituée d'une couche d'encre de quelques microns d'épaisseur. 20 [0029] La figure 2 représente de manière éclatée dans l'ordre de bas en haut : - la couche protectrice 16 du matériau électriquement conducteur 9, - le feuillet de matériau électriquement conducteur 9 lui-même, avec son anode et sa cathode, - le substrat 1 avec une cavité 6 et des structures guidant la lumière 8, ainsi 25 qu'une couche d'adhésif 2 enduite sous le substrat 1, - une diode électroluminescente 7 qui sera logée dans la cavité 6, avec ses connexions 12, sur une anode et une cathode du feuillet de matériau électriquement conducteur 9 (les polymères 13 et 14 encapsulant la diode électroluminescente 7, d'une part, et ses connexions 12 et remplissant les structures guidant la lumière 8, 30 d'autre part, ne sont pas représentés pour plus de clarté), et - la couche de matériau opaque 15 recouvrant notamment la cavité 6 et les structures guidant la lumière 8. 3036228 7 [0030] La figure 3a représente plusieurs circuits électriques 100 pour diodes électroluminescentes disposés en ruban 200 enroulable en bobine. Chaque circuit 100 correspond par exemple à un dispositif de rétroéclairage d'écran électronique d'affichage de téléphone portable. Ces circuits 100 sont réalisés sur un feuillet de 5 matériau électriquement conducteur 9 formant une bande 17 avec deux bords longitudinaux comportant des crans d'entrainement 18 de la bande 17. Le feuillet de matériau électriquement conducteur 9 comporte sur sa face opposée à celle visible sur la figure 3a, une couche protectrice 16 (elle n'est donc pas visible sur la figure 3a). [0031] Le substrat 1 est disposé sur le feuillet de matériau électriquement 10 conducteur 9, sur lequel est enduite une couche d'adhésif 2 (non visible sur cette figure). Dans le cas représenté ici, le substrat 1 à la forme d'un cadre rectangulaire. Les grands côtés de ce cadre rectangulaire comportent chacun vingt-six cavités 6 accompagnées de leurs structures 8 respectives pour guider la lumière. Les petits côtés de ce cadre rectangulaire comportent chacun quatre cavités 6 accompagnées 15 de leurs structures 8 respectives pour guider la lumière (voir aussi le détail sur la figure 3b sur laquelle on reconnait la structure déjà décrite en relation avec la figure 2, mais sur laquelle les couches protectrice 16 et de matériau opaque 15 n'apparaissent pas pour plus de clarté). [0032] Selon une variante non-représentée, le substrat 1 est constitué d'un rectangle 20 (et non seulement un cadre rectangulaire), muni d'une pluralité de cavités 6 et de diodes électroluminescentes 7 réparties, régulièrement ou non, le longs de ses bords. [0033] Dans le cas représenté sur la figure 3a et dans le cas de la variante mentionnée au paragraphe précédent, on prévoit une couche de matériau opaque 15 pour couvrir les cavités 6 et les structures guidant la lumière 8. Pour plus de lisibilité, 25 la couche de matériau opaque 15 est représentée sur la figure 3a au-dessus du reste des circuits 100. Mais, dans le produit fini la couche de matériau opaque 15 recouvre bien les cavités 6 et les structures guidant la lumière 8. Cette couche de matériau opaque 15 a une forme rectangulaire avec une zone ouverte 19 centrale, également rectangulaire. Cette zone ouverte 19, non masquée par la couche opaque 15, reçoit 30 la lumière émise par les diodes luminescentes 7 situées sur sa périphérie et permet de rétroéclairer un écran. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un circuit électrique pour diode électroluminescente (7), dans lequel - on fournit un substrat (1) diélectrique ayant une première (3) et une deuxième (4) faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat (1), - on réalise au moins une première ouverture (5) s'étendant, entre les première Io (3) et deuxième (4) faces principales, à travers le substrat (1), - on place au moins une diode électroluminescente (7) dans la première ouverture (5) et on la connecte entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans un feuillet (9) de matériau électriquement conducteur situé sur une première (3) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1), 15 caractérisé par le fait que le substrat est constitué d'un matériau transmettant la lumière et par le fait qu'on recouvre la première ouverture (5) d'une couche de matériau opaque (15), du côté correspondant à la deuxième (4) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1). 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de matériau opaque (15) comporte une zone ouverte (19) par laquelle la lumière émise par la diode électroluminescente (7) est transmise, par propagation dans le substrat (1), essentiellement dans le plan de celui-ci, entre une cavité (6) correspondant à la première ouverture (5) et dans laquelle est montée la diode 25 électroluminescente (7), et la zone ouverte (19) dans la couche de matériau opaque (15). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on réalise dans le substrat (1), à distance de la première ouverture (5), une structure (8) guidant la 30 lumière émise par la diode électroluminescente (7). 3036228 9 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on forme au moins une deuxième ouverture (5) s'étendant, entre les première (3) et deuxième (4) faces principales à travers le substrat (1), et on recouvre la deuxième ouverture (5), sur la deuxième (4) des deux faces principales (3, 4) du substrat 5 (1), d'une couche de matériau opaque (15), formant ainsi une cavité dont au moins une surface forme une structure guidant la lumière (8) émise par la diode électroluminescente (7). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on remplit au moins partiellement la deuxième ouverture (5) de silicone. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le substrat (1) comprend un matériau choisi dans la liste comprenant le poly méthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène et les silicones. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on réalise la couche de matériau opaque (15) par dépôt d'une encre noire. 8. Circuit électrique pour diode électroluminescente (7), comprenant - un substrat (1) diélectrique ayant une première (3) et une deuxième (4) faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat (1), une ouverture (5) s'étendant, entre les première (3) et deuxième (4) faces principales, à travers le substrat (1), - un feuillet de matériau électriquement conducteur (9) situé sur une première (3) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1), - au moins une diode électroluminescente (7) logée dans une cavité (6) correspondant à l'ouverture (5) et électriquement connectée entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur (9), caractérisé par le fait le substrat (1) est constitué d'un matériau transmettant la lumière et par le fait qu'il comporte une couche de matériau opaque (15) sur l'ouverture (5). 3036228 10 9. Ecran d'affichage électronique comportant un circuit selon la revendication 8, comportant une pluralité de cavités (6) dans chacune desquelles est placée au moins une diode électroluminescente (7), ces cavités (6) étant essentiellement 5 alignées parallèlement à au moins un bord de l'écran. 10. Ecran selon la revendication 9, dans lequel la couche de matériau opaque (15) comporte une zone ouverte (19) correspondant essentiellement à une zone d'affichage de l'écran.