DE3633203A1 - Lichtemissionsdioden (led) - anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtemissionsdioden (LED) - Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Lichtemissionsdioden (LED) - Anzeigevorrichtungen, die auch unter der Bezeichnung LED-Displays bekannt sind, be­ steht das zentrale Problem darin, das aus einem sehr klei­ nen Halbleiterchip, mit einer Kantenlänge von beispielswei­ se 300 µm und weniger, austretende Licht auf ein großes Leuchtsegment, mit einer Abmessung (Länge/Breite) von bei­ spielsweise 1 mm × 5 mm, zu verteilen.

Bekannt sind z.B. die sogenannten Sieben-Segment-Anzeige­ vorrichtungen. Bei diesen Vorrichtungen werden die Ziffern oder Symbole aus einzelnen Leuchtbalken (Leuchtsegmenten) zusammengesetzt. Mit insgesamt sieben Segmenten kann man die Ziffern 0 bis 9 und für Sonderfälle eine beschränkte Zahl von Buchstaben darstellen. Das Grundraster bildet da­ bei ein stehendes Rechteck, das in der Mitte durch einen waagerechten Balken unterteilt ist. Hierbei werden die ein­ zelnen Leuchtsegmente mit Lichtemissionsdioden (light emitting diodes, abgekürzt LED), die auch unter der Be­ zeichnung Leuchtdioden bekannt sind, zur Anzeige beleuch­ tet. Diese Systeme zeichnen sich durch geringe Leistungs­ aufnahme, geringen Platzbedarf, große Helligkeit und gute Lesbarkeit auch unter flachen Blickwinkeln aus.

Bei diesen bekannten Sieben-Segment-Anzeigen wird in einer Kappe für jedes Leuchtsegment ein trichterförmiger Reflek­ tor verwendet, an dessen Grund sich der LED-Chip befindet. Dieser trichterförmige Reflektor, der nach dem Prinzip der diffusen Relexion wirkt, wird mit einem Harz, das etwas Diffusorsubstanz enthält, gefüllt und mit dem Chip-Träger- Leadframe (Metallspinne) verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Anzeige­ vorrichtung zu schaffen, die eine Verteilung des aus einem LED-Chip austretenden Lichtes auf das zugeordnete Leuchtseg­ ment mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht, die eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung insbesondere mit herkömmlichen Mitteln erlaubt, die sich durch einen sehr geringen Raumbedarf auszeichnet und die eine große Freiheit im Design bei Verwendung einer identischen Fertigungslinie und damit eine Erweiterung der Display-Anwendungsmöglich­ keiten zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lichtemis­ sionsdioden (LED) - Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Bei der erfindungsgemäßen LED-Anzeigevorrichtung wird - an­ stelle des bekannten Prinzips mit einem trichterförmigen, tiefen Reflektor - eine quasi planare Lichtleiterstruktur zur Verteilung des vom LED-Chip herrührenden Lichts im Bereich eines Leuchtsegments verwendet.

Die Lichteinkoppelung in die planare Lichtleiterstruktur erfolgt am Rande außerhalb des Leuchtsegments oder im Be­ reich des Leuchtsegments. Der Lichtleiter überdeckt das gesamte Leuchtsegment. Die Führung des Lichts im Licht­ leiter erfolgt durch Brechungsindexunterschied, z.B. an der Grenzschicht von Kunststoff an der Vorderseite und Luft an der Rückseite des Lichtleiters oder durch minde­ stens eine Reflektorschicht, z.B. an der Frontträgerplatte zum Kunststoff-Lichtleiter. Der Lichtaustritt am Leucht­ segment erfolgt durch rasterförmige Öffnungen, die vor­ zugsweise mit einem Diffusorschichtraster bedeckt sein kön­ nen. Die Reflektorschicht weist auf der Sichtseite die Dis­ play-Grundfarbe auf. Die Rasteröffnungen für den Lichtaus­ tritt werden - ähnlich wie beim Rasterdruck - mit einer über die Länge des Lichtleiters zunehmenden Öffnung ge­ wählt. Dadurch wird erreicht, daß das gesamte Leuchtseg­ ment gleichmäßig beleuchtet erscheint.

Die Chips selbst werden zweckmäßig in an sich bekannter Weise auf Leiterbändern durch Aufkleben aufgebracht und mit Drähten kontaktiert. Die Chips werden zweckmäßig un­ ter Einbeziehen des Leiterbandes in der Umgebung des Chips als Reflektor formschlüssig mit dem Lichtleiter verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß die Vorrichtung gegenüber den bisher be­ kannten eine relativ einfache Herstellung erlaubt, die von vornherein im Nutzen erfolgt. Außerdem benötigt die Vor­ richtung wenig Raum. Darüber hinaus hat die vorgeschlagene Vorrichtung inhärent eine wesentlich größere Designflexi­ bilität als die bekannten Vorrichtungen mit Reflektor-Kap­ pen. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung wird erlaubt, über die bisherigen Anwendungsmöglichkeiten hinaus die LED- Technologie für spezifische Leuchttafeln mit Segmenten, Symbolen und alphanumerischen Zeichen anzuwenden.

Die erfindungsgemäße LED-Anzeigevorrichtung wird vorzugs­ weise folgendermaßen hergestellt:

Eine transparente, in der Display-Farbe eingefärbte Front­ trägerplatte wird im Nutzen oder in Streifen mit dem Re­ flektor- und Diffusorraster bedruckt.

Das Einfärben der Frontträgerplatte (Folie) in der Display bzw. Emissionsfarbe dient der Kontraststeigerung. Für eine mehrfarbige Anzeige kann es aber auch zweckmäßig sein, eine farbneutrale Frontträgerplatte (Folie) zu verwenden.

Das Leiterband wird mit Chips bestückt und kontaktiert (evtl. vorgetestet).

Die Lichtleitsegmente werden auf der Frontträgerplatte durch einen bzw. mehrere Druckvorgänge mit einem Druckver­ fahren, das dicke Schichten erlaubt - z.B. Siebdruck - hergestellt.

Das Leiterband mit den Chips wird mit den zumindest teil­ weise noch flüssigen Lichtleitsegmenten verbunden. So­ weit erforderlich, werden zur Unterstützung dieser Ver­ bindung die Chips ebenfalls mit dem noch flüssigen Licht­ leitermaterial im Nutzen betröpfelt. Als Lichtleitermate­ rial wird ein transparentes Kunstharz verwendet.

Die einzelnen Bauelemente werden aus dem bisherigen Nutzen- oder Streifenverband heraus vereinzelt, evtl. gerahmt.

Auf das Rahmen soll vorzugsweise verzichtet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Lichtleiter/Chipbetröpfe­ lung-Kunststoffeinheit auch als Kleber zur Befestigung der Kontaktenden des Leadframes auf der Frontträgerplatte ver­ wendet wird.

Anhand von in den Figuren der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung weiter erläutert. Teile, die nicht unbedingt zum Verständ­ nis der Erfindung beitragen, sind in den Figuren unbezeich­ net oder weggelassen. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Leuchtseg­ ment der erfindungsgemäßen LED-Anzeigevorrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße LED-Anzeigevorrichtung mit Anschlüssen,

Fig. 3 die Anordnung von Leuchtsegment, Lichtleiter und LED-Chip und

Fig. 4 eine weitere Anordnung von Leuchtsegment, Lichtlei­ ter und LED-Chip.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte LED-Anzeigevorrich­ tung besteht im wesentlichen aus einem auf der Innenseite einer transparenten Front-Trägerplatte 8 angeordneten Leuchtsegment 2, dem ein LED-Chip 3 zugeordnet ist. Der LED-Chip 3 ist mit dem zugehörigen Leuchtsegment 2 über ein Lichtleitsegment 4 verbunden. Das Lichtleitsegment 4 ist dabei im Bereich des Leuchtsegments 2 als nahezu planare Lichtleiterstruktur 1 zur gleichmäßigen Verteilung des von dem LED-Chip 3 emittierten Lichts im Bereich des Leucht­ segments 2 ausgebildet. Das Leuchtsegment 2 ist auf die in der Display-Farbe eingefärbte, beispielsweise aus Kunst­ stoff bestehende Front-Trägerplatte 8 in Form eines Rasters aufgebracht, das sich aus einer Diffusorschicht 5 und einer Reflektorschicht 6 zusammensetzt. Das Leiterband 7 ist mit dem LED-Chip 3 bestückt und kontaktiert. Der von dem Lichtleitsegment 4, das beispielsweise aus einem trans­ parenten Kunststoff besteht, freigelassene Raum zwischen Lichtleitsegment 4, Front-Trägerplatte 8 und Leiterband 7 enthält Luft.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die LED-Anzeigevorrichtung, deren Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im wesentlichen entspricht, mit elektrischen Anschlüssen versehen. Das Leiterband 7 ist hierzu als sogenannter Leadframe ausgebildet. Die Verbin­ dung 9 zwischen Front-Trägerplatte 8 und Leadframe erfolgt zweckmäßig durch Verkleben. Die abgewinkelten Teile des Leadframe bilden die Anschlußbeine der Vorrichtung. Lei­ terband 7 und Frontplatte 8 sind miteinander durch einen vorzugsweise weißen, diffus reflektierenden Kunststoff­ verguß 10 verbunden.

In den Fig. 3 und 4 sind rein schematisch in Draufsicht Beispiele für die Anordnung von Leuchtsegment 2, Lichtleit­ segment 4 und LED-Chip 3 in einem Ausschnitt dargestellt. Im Beispiel der Fig. 3 ist der LED-Chip 3 im Lichtleitseg­ ment 4 innerhalb des vom Leuchtsegment 2 überdeckten Be­ reichs angeordnet.

Im Beispiel der Fig. 4 ist der LED-Chip 3 im Lichtleitseg­ ment 4 außerhalb des vom Leuchtsegment 2 überdeckten Be­ reichs angeordnet.

Claims (12)

1. Lichtemissionsdioden (LED) - Anzeigevorrichtung mit meh­ reren innerhalb einer transparenten Front-Trägerplatte an­ geordneten Leuchtsegmenten, denen jeweils eine Lichtemis­ sionsdiode (LED) zugeordnet ist, die mit dem entsprechen­ den Leuchtsegment jeweils über ein Lichtleitsegment verbun­ den ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitsegment (4) im Bereich des jeweiligen Leuchtsegments (2) als nahezu planare Lichtleiterstruktur (1) zur Verteilung des von der jeweiligen Lichtemissions­ diode (3) emittierten Lichtes im Bereich des Leuchtseg­ ments (2) ausgebildet ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionsdiode (3) ein LED-Chip ist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der LED-Chip (3) in das Lichtleitsegment (4) der planaren Lichtleiterstruktur (1) außerhalb oder innerhalb des vom Leuchtsegment (2) über­ deckten Bereichs eingebettet ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitsegment (4) das gesamte Leuchtsegment (2) überdeckt.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtsegment (2) rasterförmige Öffnungen (5) bzw. Ab­ deckungen aufweist.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rasterförmigen Öffnungen (5) des Leuchtsegments (2) eine mit der Länge des Lichtleitsegments (4) zunehmende Öffnung aufweisen.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rasterförmigen Öff­ nungen (5) des Leuchtsegments (2) mit einem Diffusorschicht­ raster abgedeckt sind.

8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die planare Lichtleiterstruktur (1) am Übergang zwischen Front- Trägerplatte (8) und Lichtleitsegment (4) mindestens eine Reflektorschicht (6) aufweist.

9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorschicht (6) auf der dem LED-Chip (3) abgewandten Seite die Display- Grundfarbe aufweist.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Leuchtsegment (2) aus rasterförmigen, mit einem Diffu­ sorschichtraster bedeckten Öffnungen (5) und dazwischenlie­ genden Reflektorschichtrastern (6) zusammensetzt.

11. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Lei­ terband (7) und Frontplatte (8) miteinander durch einen vorzugsweise weißen, diffus reflektierenden Kunststoffver­ guß (10) verbunden sind.

12. Verfahren zum Herstellen einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine transparente, in der Display- Farbe eingefärbte Front-Trägerplatte (8) im Nutzen oder in Streifen mit dem die Leuchtsegmente (2) bildenden Reflek­ tor- und Diffusorraster bedruckt wird, daß das Leiterband (7) mit LED-Chips (3) bestückt und kontaktiert wird, daß die Lichtleitsegmente (4) auf der Front-Trägerplatte (8) durch mindestens einen Druckvorgang mit einem Druckverfah­ ren, das dicke Schichten erlaubt, wie Siebdruck, aufge­ bracht werden, daß das Leiterband (7) mit den Chips (3) mit den zumindest teilweise noch flüssigen Lichtleitseg­ menten (4) verbunden wird und daß die Bauelemente aus dem Nutzen- oder Streifenverband heraus vereinzelt werden.