DE2837635A1

DE2837635A1 - Leuchtdiodenzeile fuer anzeigezwecke, insbesondere fuer die frequenzanzeige in autoradios

Info

Publication number: DE2837635A1
Application number: DE19782837635
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Baur; Andre Konz; Werner Dipl Ing Pfander; Helmut Dr Sautter; H-Joachim Ing Grad Seidel; Hans Ing Grad Staudenmaier; Ewald Traenkle; Gerhard Ing Grad Wuestehube
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1980-04-17
Also published as: JPS5534496A

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Leuchtdiodenzeile nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bisher insbesondere zur Frequenzanzeige in Autoradios bekannten Leuchtdiodenzeile dieser Art ist die Lichtschachtleiste ein massiver leistenähnlicher Grundkörper aus Spritzgußmaterial. Die einzelnen Lichtschächte für die Lenchtdiodenchips werden von Durchbrüchen in diesem Grundkörper gebildet. Außer den Leuchtdiodenchips selbst sind auch noch die elektrischen Anschlußkörper und die elektrischen Anschlußdrähtchen in den Lichtschächten angeordnet, die diese Anordnungen ohne Abstand umgeben.
Dieser massiver Grundkörper hat eine relativ große Masse, wodurch insgesamt die träge Masse der Platine nicht unbeträchtlich vergrößert wird. Im Kraftfahrzeugbetrieb ist eine solche Platine aber unvermeidlich Stößen und Erschütterungen ausgesetzt. Durch die relativ große träge Masse der Platine treten n der Platine und damit an den Leuchtdiodenchips relativ große Schwingungskräfte auf, die dazu führen können, die durch Bonden auf der Platine befestigten Leuchtdiodenchips abzureißen.
Darüberhinaus ist eine solche Leuchtdiodenzeile relativ großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Durch diese Temperaturänderungen dehnen sich sowohl die Lichtschachtleiste als aui-.die Platine aus. Hierbei können Ausdehnungsunterschiede,insbesondere am Ende der Lichtschachtleiste, von einigen 1/10 mm auftreten. Da einerseits die Leuchtdiodenchips an der Platine befestigt sind und andererseits die Lichtschächte die Anordnung aus Leuchtdiodenchip ,Anschlußkörper und Anschlußdrähtchen ohne Abstand umgeben, können diese Ausdehnungsunterschiede ebenfalls zu einem Abreißen der Leuchtdiodenchips von der Platine führen.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Leuchtdiodenzeile hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Abreißen der Leuchtdiodenchips durch starke Schwingungen, Stöße oder ähnliches oder durch starke Temperaturänderungen vermieden wird. Die Lichtschachtleisten sind leicht und ihre träge Masse daher klein. Die auf die Leuchtdiodenchips wirkenden Schwingungskräfte sind daher gering und zum Abreißen der gebondeten Leuchtdiodenchips nicht ausreichend. Thermische Ausdehnungen der Lichtschachtleiste werden entweder gänzlich verhindert oder von den elastischen Lichtschachtwänden oder dünnen Stegen zwischen den einzelnen Lichtschachtkörpern aufgenommen, so daß keine nennenswerten Scherkräfte an den Leuchtdiodenchips angreifen. Eine Weißlackierung der Innenwände der Lichtschächte oder einer Beimengung von Titandioxid in das Material der Lichtschachtwände verhindert:eineBeeinträchtigung der Lichtabstrahlung bei den entsprechend verwendeten Materialien der Lichtschachtkörper bzw. der Lichtschachtleiste und verbessert die Lichtabstrahlung der Leuchtdiodenzeile zum Teil erheblich.
In die erfindungsgemäße Leuchtdiodenzeile können sowohl Leuchtdiodenchips mit ausschließlicher Lichtabstrahlung weg von ihrer Auf lageflächeals auch Leuchtdiodenchips mit teilweiser Lichtabstrahlung zu ihrer Auflagefläche hin verwendet werden. Letztere haben gegenüber den ersteren eine von Haus aus höhere Lichtintensität, vor allem wenn man zwischen der Auflagefläche dieser Leuchtdiodenchips und der Platine erfindungsgemäß eine Metallschicht als Reflektor vorsieht. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Lichtschachtleisten vermeidet, daß durch Schwingungskräfte oder Scherkräfte Zerstörungen an diesen reflektierenden Metallschichten, die von den Lichtschachtwänden ohne Abstand umgeben werden, auftreten können.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten erfindungswesentlichen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Leuchtdiodenzeile möglich.
Zeichnung Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen von Leuchtdiodenzeile näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 eine Draufsicht der Leuchtdiodenzeile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht der Leuchtdiodenzeile gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine Draufsicht der Leuchtdiodenzeile gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 einen Längsschnitt der Leuchtdiodenzeile gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 7 einen Längs schnitt der Leuchtdiodenzeile gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 8 einen Längsschnitt der Leuchtdiodenzeile gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Erfindung Die in den Fig. 1 - 8 dargestellte Leuchtdiodenzeile dient Anzeigezwecken, insbesondere der Frequenzanzeige in Autoradios. Die Leuchtdiodenzeile, im folgenden LED-Zeile genannt, weist eine Vielzahl von Leuchtdiodenchips 10 auf, im folgenden LED-Chips 10 genannt. Diese an sich bekannten LED-Chips 10 haben ungefähr die Form eines Würfels mit einer Kantenlänge von üblicherweise 0,3 mm. Diese LED-Chips 10 sind auf einer Platine 11 befestigt, die üblicherweise noch weitere Schaltungselemente trägt. Die Platine 11 ist in Fig. 1 und 4 daher nur ausschnittsweise dargestellt.
Die Befestigung der LED-Chips 10 erfolgt üblicherweise durch Bonden, worunter ein Kaltverschweißen mittels Ultraschall verstanden wird. Die Befestigung dient gleichzeitig als die eine Kontaktierung für die LED-Chips 10. Der zweite Stromanschluß für die LED-Chips 10 erfolgt huber auf der Platine angeordnete Anschlußelemente 12, die über Anschlußdrähtchen 13 mit den LED-Chips verbunden sind. Die LED-Zeile weist noch eine Lichtschachtleiste 14 auf, die ebenfalls auf der Platine 11 befestigt ist. Diese Lichtschachtleiste 14 ist mit einer der Anzahl der LED-Chips 10 entsprechenden Anzahl von Lichtschächten 15 versehen, die jeweils einen der LED-Chips 10 unter Einbeziehung der Anschlußelemente 12 und der Anschlußdrähtchen 13 nahezu abstandlos umgeben. Die Lichtschachtleiste 14 ist mit einer Streufolie 16 überzogen, die mattiert und im Bereich der Lichtschächte 15 lichtdurchlässig ist. Diese Streufolie 16 dient dazu, die Abstrahlcharakteristik der einzelnen LED-Chips 10 und damit der gesamten LED-Zeile zu beeinflussen. Die Streufolie 16 kann weiterhin einen nicht dargestellten reflexmindernden Belag aufweisen und zur Konstraststeigerung in der Farbe des von den LED-Chips 10 abgegebenen Lichtes eingefärbt sein.
Insoweit wie hier beschrieben, sind die in den Fig. 1 - 8 dargestellten LED-Zeilen identisch. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der LED-Zeile gem. Fig. 1 und 2 ist die Lichtschachtleiste 14 in einzelne, vorzugsweise dünnwandige,Lichtschachtkörper 17 aufgeteilt. Die Lichtschachtkörper 17 sind durch dünne Stege 18 miteinander verbunden.
In Fig. 3 sind mehrere LED-Zeilen gemäß Fig. 1 und 2 zu einer matrixartigen Anordnung zusammengestellt.Die einzelnen Lichtschachtkörper 17 sind nicht nur innerhalb einer Lichtschachtleiste 14, wie in Fig. 1 und 2, durch dünne Stege 18 miteinander verbunden, sondern auch durch gleiche Stege 18 mit den Lichtschachtkörpern 17 der benachbarten Lichtschachtleisten 14. Die Lichtschachtkörper 17 sind somit in Längs- und Querrichtung durch dünne Stege 18 untereinander verbunden.
Die Lichtschachtkörper 17 in Fig. 1 und 2 können aus harten Materialien gefertigt sein, wie z.B. aus den bisher bekannten eingefärbten Spritzgußmassen. Durch die die einzelnen Lichtschachtkörper 17 verbindenen dünnen Stege 18 weist die Lichtschachtleiste 14 trotzdem eine ausreichend hohemechanische Festigkeit auf. Das Gewicht bzw. die Masse der Lichtschachtleiste 14 ist gegenüber bekannten Leuchtdiodenzeilen wesentlich verkleinert. Die Lichtschachtleiste 14 weist eine hohe Elastizität in Längsrichtung auf, wobei unterschiedliche Längenausdehnungen zwischen der Platine 11 und der Lichtschachtleiste 14 bei Erwärmung durch die Stege 18 aufgefangen werden. Die Lichtschachtkörper 17 und die Stege 18 sind vorzugsweise einstückig und aus gleichem Material. Vorteilhaft wird als Material farbloses Epoxidharz verwendet, das mit 50 - 75 Gew.% Titandioxid gefüllt ist. Der Remissionsgrad der aus diesem Material bestehenden Lichtschachtkörper 17,bzw. deren Innenwände,liegt bei 90 - 95%.
Die LED-Zeile gem.Fig.4 und 5 weist,wie bekannte LED-Zeilen, eine massive Lichtschachtleiste 14 auf. Diese Lichtschachtleiste 14 besteht aber im Gegensatz zu den bekannten LED-Zeilen aus einem Material, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Material der Platine 11.
Zweckmäßigerweise bestehen die Lichtschachtleiste 14 und die Platine 11 aus dem gleichen Material. Die Lichtschachtleiste 14 läßt sich einfach als Stanzteil herstellen. Um den Remissionsgrad der Innenwände 19 der Lichtschächte 15 nicht durch die Auswahl der Materialien zu verschlechtern, werden diese Innenwände 19 der Lichtschächte 15 weiß lackiert. Um einen besonders guten Remissionsgrad zu erhalten, ist es auch möglich, auch diese Lichtschachtleiste 14 aus farb.losem Epoxidharz herzustellen, das mit 50 - 75 Gew.% Titandioxid gefüllt ist und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Platinenmaterials entspricht.
Die Lichtschachtleiste 14 der LED-Zeile in Fig. 6 ist ebenso wie die Lichtschachtleiste 14 in der LED-Zeile gem.
Fig. 4 und 5 massiv ausgebildet. Die Lichtschächte 15 werden von Durchbrüchen in der Lichtschachtleiste 14 gebildet. Diese Durchbrüche können'wie in Fig. 4 und 5, kreisförmigen Querschnitt aufweisen, aber auch jeden beliebigen anderen Querschnitt. Die Lichtschachtleiste 14 besteht aus elastischem Material. Während in der Leuchtdiodenzeile gem. Fig. 4 und 5 durch den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Platine 11 und Lichtschachtleiste 14 das Auftreten von Scherkräften vermieden wird, die an den LED-Chips 10 oder an der Gesamtanordnung von LED-Chips 10, Anschlußelement 12 und Anschlußdrähtchen 13 angreifen können, treten bei unterschiedlichen Materialien zwischen Platine 11 und Lichtschachtleiste 14 in Fig. 6 solche durch unterschiedliche Ausdehnungen von Lichtschachtleiste 14 und Platine 11 hervorgerufenen Scherkräfte auf. Die Elastizität der Lichtschachtleiste 14 bewirkt zusammen mit einer entsprechend guten Haftung der Lichtschachtleiste 14 auf der Platine 11, daß eine unterschiedliche thermische Ausdehnung nicht zu einer Längen- bzw. Breitenänderung der Auflagefläche führt, sondern lediglich zu einer geringfügigen Dickenänderung. Als elastisches Material kann vorzugsweise Gummi oder Silikonkautschuk verwendet werden, das zur Verbesserung des Remissionsgrades mit Titandioxid gefüllt ist. Aber auch Styropor oder Polyurethanschaum kann als Material für die Lichtschachtleiste verwendet werden. Beide Materialien weisen genügend hohe Elastizität auf. Zur Verbesserung des Remissionsgrads der Innenwände 19 der Lichtschächte 15 wird auch in diesen Materialien Titandioxid eingelagert.
Die in der LED-Zeile gemäß Fig. 1 - 5 verwendeten LED-Chips 10 sind von Haus aus so ausgebildet, daß sie ihr Licht ausschließlich in von ihrer Auflagefläche, also von der Platine 11, abgewandten Richtung hin abstrahlen.
Die in Fig. 6 - 8 verwendeten LED-Chips, hier mit 10' bezeichnet, strahlen hingegen einen gewissen Prozentsatz ihres Lichtes in Richtung auf ihre Auflageflächehin, also in Richtung auf die Platine 11, ab. Trotzdem haben dieseLED-Chips 10' eine höhere Strahlungsleistung als die LED-Chips 10. Diese Lichtintensität kann noch dadurch gesteigert werden, daß zwischen LED-Chips 10' und der Platine 11 ein Reflektor 20 vorgesehen wird.
In den LED-Zeilen gem. Fig. 6 - 8 werden die einzelnen Reflektoren 20 von jeweils einer auf der Platine 11 haftenden Metallschicht 21 gebildet. Die LED-Chips 10' sind auf dieser Metallschicht 21, wiederum vorzugsweise durch Bonden, befestigt. Vorzugsweise ist die Metallschicht 21 mit einem Goldüberzug.22 versehen, wodurch einerseits der Remissionsgrad der Metallschicht 21 auf ca. 70% erhöht und zum anderen die Kontaktierung der LED-Chips 10' erleichtert wird. Die als Reflektor 20 dienende Metallschicht 21 hat die Form eines Scheibchens mit.einem Durchmesser von etwa 1,5 - 3 mm. Die Metallschicht 21 wird abstandslos jeweils von einem Lichtschacht 15 umgeben.
Bei einem von dem kreisförmigen Querschnitt abweichenden Lichtschachtquerschnitt wird die Form der Metallschicht 21 dem Lichtschachtquerschnitt angepaßt.
Bei der LED-Zeile gem. Fig. 7 sind die LED-Chips 10' jeweils auf einem im wesentlichen zentral im Reflektor 20 angeordneten und aus der Metallschicht 21 hervortretenden Stempel 23 befestigt. Die übrige, den Reflektor 20 bildende Metallschicht 21 ist mit einer weißen Farbschicht 24 überzogen. Durch diese Farbschicht 24 wird der Remissionsgrad der Metallschicht 21 weiter gesteigert. Dadurch, daß das LED-Chip 10' auf dem Stempel 23 angeordnet ist, wird die seitliche Lichtabstrahlung durch die Farbschicht 24 nicht behindert.
Von Vorteil ist, wenn die den Reflektor 20 bildende Metallschicht 21, wie in Fig. 8 dargestellt ist, nach Art eines Hohlspiegels gekrümmt ist. Vorzugsweise weist dabei die Oberfläche der Metallschicht 21 die Form einer Kugelkalotte auf. Ausreichend ist jedoch auch der Verlauf der Oberfläche der Metallschicht 21 nach Art eines Kegelstumpfes.
Die den Reflektor 20 bildende Metallschicht21 kann in verschiedener Weise hergestellt werden, so beispielsweise durch Siebdruck,aber auch durch Überziehen der Platine 11 mit einer einheitlichen Metallschicht und Herausätzen der einzelnen die Reflektoren 20 bildenden Metallschichten 21. Die Platine 11 kann aus Hartpapier, aus Hartgewebe oder auch aus Glas oder Keramik bestehen. Zum Herstellen gekrümmter Reflektoren 21 wird vorteilhaft die Platine 11 aus Materialien auf Epoxid-oder Phenolharzbasis hergestellt. Das Eindrücken der die Reflektoren 21 aufnehmenden Vertiefungen 24 geschieht vor der Aushärtung der Platine 11.
Die vorstehend beschriebenen LED-Zeilen in ihren verschiedenen Ausführungsformen weisen allesamt bei gutem Remissionsgrad der Lichtschachtwände 15 sehr gute mechanische und thermische Eigenschaften auf, die sie für den Einsatz in Kraftfahrzeugen besonders geeignet machen. Die Herstellungskosten sind relativ gering. Das bisher bekannte Abreißen von an der Platine 11 befestigten LED-Chips 10 bzw. 10' durch starke Temperaturschwankungen an den LED-Zeilen bzw. durch Stöße und Erschütterungen der LED-Zeilen wird vermieden. Die für eine gewünschte Abstrahlcharakteristik unerläßlichen Lichtschachtleisten sind formstabil und weisen in ihrer Längsrichtung eine hohe Elastizität auf. Sie besitzen eine geringe Masse und relativ geringes Gewicht. Ihre Herstellung und Befestigung auf der Platine 11 ist einfach.

Claims

Patentansprüche 1.)Leuchtdiodenzeile für Anzeigezwecke, insbesondere für die Frequenzanzeige in Autoradios, mit auf einer Platine angeordneten Leuchtdiodenchips und mindestens einer auf der Platine befestigten Lichtschachtleiste die eine der Anzahl der Leuchtiodenchips entsprechende Anzahl von diese umgebenden Lichtschächten aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) in einzelne, vorzugsweise aünnwandige,Lichtschachtkörper (17) aufgeteilt ist, die durch dünne Stege (18) miteinander verbunden sind.
2. Leuchtdiodenzeile mit mehreren parallel angeordneten Lichtschachtleisten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n- e t, daß die Lichtschachtkörper (17) benachbarter Lichtschachtleisten(14).ber dünne Stege (18) miteinander verbunden sind.
3 Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Lichtschachtkörper (17) und Stege (18) einstückig sind.
4. Leuchtdiodenzeile mit auf einer Platine angeordneten Leuchtdiodenchips und mindestens einer auf der Platine befestigten Lichtschachtleiste, die eine der Anzahl der Leuchtdiodenchips entsprechende Anzahl von diese umgebenden Lichtschächten aufweist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) aus einem Material besteht, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wie das Material der Platine (11).
5. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) und die Platine (11) aus dem gleichen Material bestehen.
6. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Innenwände (19) der Lichtschächte (15) weiß lackiert sind.
7. Leuchtdiodenzeile nach einem der Ansprüche 4 - 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) von einem Stanzteil gebildet ist.
8. Leuchtdiodenzeile insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 7, mit auf einer Platine angeordneten Leuchtdiodenchips und mindestens einer auf der Platine befestigten Lichtschachtleiste, die eine der Anzahl der Leuchtdiodenchips entsprechende Anzahl von diese umgebenden Lichtschächten aufweist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste aus farblosem Epoxidharz besteht, das mit 50 - 75 Gew.% Titandioxid gefüllt ist.
9. Leuchtdiodenzeile mit auf einer Platine angeordneten Leuchtdiodenchips und mindestens einer auf der Platine befestigten Lichtschachtleiste, die eine der Anzahl der Leuchtdiodenchips entsprechende Anzahl von diese umgebenden Lichtschächten aufweist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) aus elastischem Material besteht.
10. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n.n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) aus mit Titandioxid gefülltem Gummi oder Silikonkautschuk besteht.
11. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) aus Titandioxid gefülltem Styropor oder Polyurethanschaum besteht.
12. Leuchtdiodenzeile nach einem der Ansprüche 1 - 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lichtschachtleiste (14) mit einer Streufolie (16) überzogen ist, die mattiert und mindestens im Bereich der Lichtschächte (15) lichtdurchlässig ist.
13. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Streufolie (16) in der Farbe des von den Leuchtdiodenchips (10,10') abgegebenen Lichtes eingefärbt ist.
14. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Streufolie (16) einen reflexmindernden Belag trägt.
15. Leuchtdiodenzeile nach einen der Ansprüche 1 - 14, bei welcher die Leuchtdiodenchips zu ihrer Auflagefläche hin Licht abstrahlen und bei welcher zwischen der Platine und den Leuchtdiodenchips jeweils ein Reflektor angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reflektor (20) von einer auf der Platine (11) haftenden Metallschicht (21) gebildet ist, auf welcher der Leuchtdiodenchip (10'), vorzugsweise durch Bonden, befestigt ist.
16. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Leuchtdiodenchip (10') auf einem im wesentlichen zentral im Reflektor (20) angeordneten, aus der Metallschicht (21) hervortretenden Stempel (23) befestigt ist und daß die übrige, den Reflektor (20) bildende Metallschicht (21) mit einer weißen Farbschicht (24) überzogen ist.
17. Leuchtdiodenzeile nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht (21) aus Kupfer besteht.
18. Leuchtdiodenzeile nach einem der Ansprüche 15 - 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht (21) mit einem Goldüberzug (22) versehen ist.
19. Leuchtdiodenzeile nach einem der Ansprüche 15 - 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Reflektor (20) bildende Metallschicht (21) nach Art eines Hohlspiegels gekrümmt ist.