DE4302897A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat mit einem Array licht­ emittierender Elemente, wie es z. B. als Bildsensor oder als Hintergrundbeleuchtung eines LCD und dergleichen verwendet wird, und sie betrifft auch Einrichtungen unter Verwendung eines solchen Substrats.

Wie in Fig. 6 dargestellt, weist ein LED-Array-Substrat (das als Beispiel für ein Substrat mit einem Array lichtemittie­ render Elemente verwendet wird), das gemäß dem Stand der Technik aufgebaut ist und zum Aussenden von Licht in Bild­ sensoren und dergleichen verwendet wird, eine Grundplatte 1 und mehrere auf dieser entlang einer Linie angeordnete LED- Chips 2 auf. Eine Gruppe derselben LED-Chips 2 (vier in die­ ser Figur) sind miteinander und mit einem stromeinstellenden Widerstand 3 in Reihe geschaltet, um die in Fig. 7 darge­ stellte Reihenschaltung zu bilden. Mehrere solcher Reihen­ schaltungen sind zueinander parallel geschaltet. Bei dieser Anordnung wird das gesamte LED-Array somit von einer Quell­ spannung V versorgt, daß es Licht emittiert.

Die Charakteristik der Lichtemission des LED-Array-Substrats 5 dieses Typs ist in Fig. 8 dargestellt. Da die LED-Chips 2 äquidistant angeordnet sind, wird eine ebene, zu bestrahlen­ de Oberfläche 4 zwischen jedem Paar benachbarter LED-Chips 2 weniger als direkt über jedem der LED-Chips 2 beleuchtet. Mit Ausnahme der LED-Chips 2 an den entgegengesetzten Enden des LED-Array-Substrats 5 kann jedoch ein LED-Chip 2 durch die benachbarten LED-Chips 2 vervollständigt werden. Die Oberfläche 4 kann insgesamt im wesentlichen gleichförmig be­ leuchtet werden.

Die entgegengesetzten Enden des LED-Array-Substrats 5 werden dunkler als dessen mittlerer Teil, da die LED-Chips nicht ganz durch benachbarte LED-Chips 2 vervollständigt werden können.

Wenn ein solches LED-Array-Substrat 5 in einem Bildsensor verwendet wird, wird ein Dokument an seinen entgegengesetz­ ten Enden vom Bildsensor nicht genau gelesen. Wenn ein sol­ ches LED-Array-Substrat 5 in einem LCD verwendet wird, sind die entgegengesetzten Enden des Displays dunkel und schwie­ rig erkennbar.

Um solche Schwierigkeiten an der Seite einer Einrichtung mit einem LED-Array-Substrat des vorgenannten Typs zu überwin­ den, wurde es vorgeschlagen, lichtreflektierende Platten um einen optischen Pfad des LED-Arrays herum zur zu beleuchten­ den Oberfläche hin anzuordnen, wie dies in den japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei 3-2 50 093 und Hei 4-20 offenbart ist. Licht vom LED-Array wird mehrere Male innerhalb des optischen Pfades reflektiert, um nivelliertes Licht zu bil­ den, das die Oberfläche gleichförmig beleuchtet.

Um dieselbe Schwierigkeit hinsichtlich des LED-Array-Sub­ strats selbst zu überwinden, wurden verschiedene Vorschläge gemacht, zu denen es gehört, den Abstand zwischen dem äußer­ sten LED und dem benachbarten an jedem Ende des LED-Array- Substrats zu verkleinern, die Helligkeit nur der LED-Chips an den entgegengesetzten Enden zu erhöhen und nur die LED- Chips an den entgegengesetzten Enden mit mehr Strom zu ver­ sorgen. So kann die Oberfläche vom LED-Array-Substrat als Ganzes gleichförmig beleuchtet werden.

Jedoch weisen diese Vorschläge die folgenden Nachteile auf: Wenn die Vorrichtung mit dem LED-Array-Substrat verändert wird, um die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden, kommt es zu einer Erhöhung der Herstellkosten und einer räumlichen Beschränkung wegen der erhöhten Anzahl von Tei­ len. Wenn dagegen das LED-Array-Substrat selbst modifiziert wird, um die Schwierigkeiten zu überwinden, dadurch, daß der Abstand zwischen einem jeweiligen äußersten LED-Chip und dem benachbarten Chip verkleinert wird, wird der Entwurf er­ schwert. Das Erhöhen der LED-Chips nur an den entgegenge­ setzten Enden des LED-Array-Substrats erfordert Zeit zum Auswählen derartiger Chips unter vielen LED-Chips, was die Herstellkosten erhöht. Wenn nur die LED-Chips an den Enden mit mehr Strom versorgt werden, werden die Lebensdauern die­ ser LED-Chips selektiv verkleinert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Substrat mit einem Array lichtemittierender Elemente anzugeben, das im wesentlichen gleichförmige Lichtmengenverteilung aufweist und billig hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt wei­ terhin die Aufgabe zugrunde, Einrichtungen unter Verwendung solcher Substrate anzugeben.

Die Erfindung ist für das Substrat durch die Merkmale von Anspruch 1 und für Einrichtungen, die ein solches Substrat verwenden, durch die Merkmale der Ansprüche 6 bzw. 7 gege­ ben.

Ein erfindungsgemäßes Substrat weist mehrere lichtemittie­ rende Elemente auf, wobei lichtreflektierende Einrichtungen auf dem Substrat um Teile der lichtemittierenden Elemente herum ausgebildet sind. Die lichtreflektierenden Einrichtun­ gen können an einer gewünschten Stelle auf dem Substrat aus­ gebildet sein, d. h. an einer Stelle, an der die Beleuchtung durch Licht ohne solche Einrichtungen teilweise verringert ist, insbesondere in Endbereichen eines solchen Substrats. Selbst wenn eine Fläche über den entgegengesetzten Enden eines langgestreckten Substrats weniger Licht als der mitt­ lere Teil empfängt, wird Licht von Teilen um die zu beleuch­ tende Fläche herum zum Substrat zurückgestrahlt und durch die lichtreflektierenden Einrichtungen erneut zur Oberfläche hin reflektiert. Infolgedessen ergibt sich das die Fläche erreichende Licht als Kombination des von den lichtemittie­ renden Elementen selbst ausgestrahlten Lichts und des re­ flektierten Lichts. So kann die Lichtmenge erhöht werden, um die Fläche gleichförmiger zu beleuchten.

Diese Verringerung der Dispersion der Menge an Licht, die die Fläche erreicht, kann mit geringen Kosten erzielt wer­ den. Insbesondere dann, wenn ein Buchstabe oder Buchstaben auf dem Substrat mit Hilfe von Siebdruck aufzudrucken sind, können die lichtreflektierenden Einrichtungen gleichzeitig durch Aufdrucken eines thermoplastischen Harzes oder der­ gleichen hergestellt werden. Daher kann das erfindungsgemäße Substrat billig hergestellt werden. Selbst wenn Druckbonden oder Drahtbonden auszuführen ist, ist kein besonderer Ablauf erforderlich, so daß keine Gefahr einer Kostenerhöhung be­ steht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats eines Arrays lichtemittierender Elemente.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Substrats von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Strahlungseigenschaften eines erfindungsgemäßen und eines bekannten Substrats veran­ schaulicht.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch ein elektronisches Instru­ ment mit einem erfindungsgemäßen Substrat.

Fig. 5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines LCD mit Hintergrundbeleuchtung in Form eines erfindungsgemä­ ßen Substrats.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein Substrat mit einem Array lichtemittierender Elemente gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 7 ist ein Schaltbild, das Verbindungen zwischen den lichtemittierenden Elementen im bekannten Substrat zeigt.

Fig. 8 ist eine schematische Seitenansicht, die Emissionsbe­ reiche der lichtemittierenden Elemente im bekannten Substrat zeigt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun ein Ausfüh­ rungsbeispiel eines LED-Array-Substrats gemäß der Erfindung beschrieben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das LED-Array-Substrat 10 eine Grundplatte 11 und ein auf dessen Oberseite ausgebilde­ tes Kupfermuster 12 auf. Das letztere ist mit Gold plat­ tiert. Mehrere LED-Chips 13 sind auf dem goldplattierten Kupfermuster 12 durch z. B. Druckbonden oder Drahtbonden aufgebracht. Eine Substratschutzschicht 14 aus wärmehärten­ dem Harz ist um die LED-Chips 13 z. B. durch Aufdrucken eines grün eingefärbten Resists auf das Substrat ausgebil­ det. Nur an den entgegengesetzten Enden des LED-Array-Sub­ strats 10 sind lichtreflektierende Teile 15 auf der Sub­ stratschutzschicht (grün eingefärbte Resistschicht) 14 aus­ gebildet. Die lichtreflektierenden Teile 15 können aus weiß eingefärbtem Resist bestehen, der durch Siebdruck aufge­ bracht ist. Es ist wünschenswert, daß die Größe (Fläche) je­ des lichtreflektierenden Teils 15 so ausgewählt ist, daß die Beleuchtung am jeweiligen Ende des LED-Array-Substrats 10 derjenigen in dessen mittlerem Teil entspricht.

Wenn die Beleuchtung des sich ergebenden LED-Array-Substrats 10 gemessen wurde, stellte sich heraus, daß dessen Licht­ menge bei Vorhandensein der lichtreflektierenden Teile (weiß eingefärbter Resist) 15 an seinen entgegengesetzten Enden nicht abnimmt, wie dies in Fig. 3 durch die ausgezogene Li­ nie dargestellt ist. Wenn dagegen, wie beim Stand der Tech­ nik, nur die grün eingefärbte Resistschicht 14 auf dem LED- Array-Substrat ausgebildet ist, nimmt die Lichtmenge dessel­ ben an seinen Enden ab, wie dies in Fig. 3 durch die ge­ strichelte Linie dargestellt ist.

Dies rührt davon her, daß das durch Teile um die zu beleuch­ tende Oberfläche zum LED-Array-Substrat 10 zurückreflektier­ te Licht von den lichtreflektierenden Teilen 15 auf die Oberfläche zurückgeworfen wird. Wenn ein LED-Chip an jedem Ende des LED-Array-Substrats 10 nur durch ein einziges be­ nachbartes LED-Chip ergänzt werden kann, kann die Strahlung desselben durch das reflektierte Licht ergänzt werden. Daher kann die Lichtmenge über die ganze Oberfläche ausnivelliert werden. Das erfindungsgemäße LED-Array-Substrat kann in einem Bildsensor verwendet werden, der ein LED-Array-Sub­ strat mit verringerter Dispersion der Lichtmenge erfordert.

Das Ausführungsbeispiel wurde dahingehend beschrieben, daß die auf der Grundplatte 11 angebrachten LED-Chips 13 durch Druckbonden oder Drahtbonden befestigt sind, jedoch kann auch ein Verlöten mit eingegossenen LED-Elektroden auf der Grundplatte 11 erfolgen.

Das Ausführungsbeispiel wurde dahingehend beschrieben, daß ein weiß eingefärbter Resist (15) an den entgegengesetzten Enden der Substratgrundplatte 11 ausgebildet ist. Jedoch kann der weiß eingefärbte Resist durch lichtreflektierende Teile mit Aluminiumfilmen ersetzt werden, die durch Abschei­ den von Aluminium oder Aufbringen von Aluminiumband auf die Substratgrundplatte 11 an deren entgegengesetzten Enden aus­ gebildet sind, wenn es erforderlich ist, die Lichtmenge zu erhöhen.

Es ist auch wünschenswert, daß die lichtreflektierenden Tei­ le 15 eine Farbe und eine Helligkeit aufweisen, die dazu dienen, bevorzugt das Licht einer Wellenlänge zu reflektie­ ren, die stärker verwendet wird als Licht anderer Wellenlän­ gen der lichtemittierenden Elemente.

Fig. 4 zeigt ein elektronisches Element M mit einem Bildsen­ sor mit einem LED-Array-Substrat, bei dem die lichtreflek­ tierenden Elemente gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Der Bildsensor weist einen Rahmen 21 aus Aluminium, ein im unte­ ren Bereich des Rahmens 21 angebrachtes Substrat 22 und eine Glasabdeckung 23 auf, die als lichtdurchlässige Abdeckung im oberen Bereich des Rahmens 21 angebracht ist. Das Substrat 22 weist einen lichtemittierenden Abschnitt 24 mit licht­ emittierenden Teilen gemäß der Erfindung sowie LED-Chips und einen lichtempfangenden Abschnitt 25 aus Photodiodenchips und anderen Bauelementen auf, die am Ort des Substrats 22 angebracht sind. Das Substrat 22 beinhaltet auch ein belie­ biges geeignetes Verdrahtungsmuster, das an seiner Oberseite ausgebildet ist. Eine Kondensorlinse (Gradientenindexlinse) 26 wird durch einen am Rahmen 21 befestigten Linsenhalter 27 gegen die Innenwand des Rahmens 21 gedrückt und dort festge­ halten.

Bei einer solchen Anordnung fällt vom lichtemittierenden Ab­ schnitt 24 emittiertes Licht auf ein auf die Glasabdeckung 23 aufgelegtes Dokument W in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene desselben. Das Licht wird durch das Dokument W schräg zur Glasabdeckung 23 reflektiert und tritt dann durch die Kondensorlinse 26 im Reflexionspfad hindurch. Nachdem es durch die Kondensorlinse 26 gelaufen ist, wird es vom Lichtempfangsabschnitt 25 empfangen, wo es in ein elek­ trisches Signal umgewandelt wird.

Sowohl der lichtemittierende Abschnitt 24, der Lichtem­ pfangsabschnitt 25 und die Kondensorlinse 26 sind in einer Richtung rechtwinklig zur Zeichnungsebene langgestreckt. Da­ durch werden elektrische Signale gleichzeitig entlang einer Linie erzeugt. Wenn das Dokument W nach rechts oder links, bezogen auf Fig. 4, bewegt wird, können Daten in der näch­ sten Zeile des Dokumentes W vom Bildsensor ausgelesen wer­ den.

Wenn das erfindungsgemäße LED-Array-Substrat verwendet wird und das Bild eines Dokumentes W zu lesen ist, kann die Be­ leuchtung durch das LED-Array-Substrat auch für die entge­ gengesetzten Enden hinsichtlich des mittleren Bereichs des Substrats ausnivelliert werden. Daher kann das Bild des Do­ kuments W vom Bildsensor genau gelesen werden. Ferner sind die Kosten für Teile und den Zusammenbau nicht erhöht, da das Ausnivellieren der Beleuchtung ohne jede besondere Kom­ ponente (nichtreflektierende Teile, die den optischen Weg, ausgehend vom lichtemittierenden Abschnitt zum Dokument um­ geben, oder LED-Elemente mit erhöhter Lichtmenge, die an be­ sonderen Stellen verwendet werden), einer Lichtkompensa­ tionsschaltung und dergleichen erzielt werden.

Fig. 5 zeigt ein LCD, das eine Hintergrundbeleuchtung mit einem erfindungsgemäßen LED-Array-Substrat verwendet.

Da das LCD selbst kein Licht emittieren kann, ist es erfor­ derlich, daß es von seiner Rückseite her von einer Hinter­ grundbeleuchtung beleuchtet wird.

Mehrere LED-Array-Substrate 32 sind im Inneren einer Abdec­ kung 33 angeordnet, um eine Hintergrundbeleuchtung 34 zu er­ geben, die dazu dient, ein LCD-Paneel 30 zu beleuchten. Sie werden über einen Verbinder 31 mit Leistung versorgt. Die Hintergrundbeleuchtung 34 ist zwischen das LCD-Paneel 30 und ein Substrat 35 zur energetischen Versorgung des Display­ paneels 30 eingebettet, so daß das erstere von seiner Rück­ seite von der Hintergrundbeleuchtung 34 beleuchtet wird. Das LCD-Paneel 30 ist über elektrisch leitende Teile 36 mit dem Substrat 35 verbunden. Ein äußeres Paneel 37 mit L-förmigen Haken wird dazu verwendet, das LCD-Paneel 30, die Hinter­ grundbeleuchtung 34 und die leitfähigen Teile 36 mit dem Substrat 35 zu verbinden.

Wenn das erfindungsgemäße LED-Array-Substrat im LCD-Paneel als Hintergrundbeleuchtung 34 verwendet wird, kann ein LCD geschaffen werden, das über seine gesamte Fläche gleichför­ mig Licht emittiert, weswegen es einfacher abgelesen werden kann, ohne daß die Anzahl von Teilen oder die Zusammenbau­ kosten erhöht werden, da keine besonderen Komponenten, eine Lichtkompensationsschaltung und dergleichen erforderlich sind.

Claims (7)

1. Substrat (10) mit einem Array lichtemittierender Ele­ mente (13), die auf einer Grundplatte (11) angebracht sind, und mit einer lichtreflektierenden Einrichtung (15), die ebenfalls auf der Grundplatte um solche lichtemittierenden Elemente herum angeordnet ist, bei denen die Beleuchtungs­ menge kleiner ist als in anderen Bereichen des Substrats, wobei die lichtreflektierende Einrichtung so ausgebildet ist, daß sie Licht erneut reflektiert, das von den licht­ emittierenden Elementen ausgesandt und dann von umgebenden Teilen reflektiert wird, so daß das erneut reflektierte Licht die Menge an Licht dort ergänzt, wo die Beleuchtung zunächst geringer ist als in den anderen Bereichen, wodurch die gesamte Beleuchtung durch das Substrat ausnivelliert wird.

2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Einrichtung (15) auf der Grundplatte (11) um die lichtemittierenden Elemente (13) an jedem Ende des Arrays ausgebildet ist.

3. Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lichtreflektierende Einrichtung (15) aus einem wärmehärtenden Harz gebildet ist und eine Farbe und eine Helligkeit aufweist, die dazu ausgewählt sind, das Licht einer Wellenlänge der lichtemittierenden Elemente (13) gut zu reflektieren, das mehr verwendet wird als Licht ande­ rer Wellenlängen.

4. Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lichtreflektierende Einrichtung aus einem Aluminiumfilm gebildet ist.

5. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Einrichtung (15) eine Größe aufweist, die dazu ausreicht, den Beleuchtungs­ pegel aller lichtemittierenden Elemente (13) auszunivellie­ ren.

6. Elektronische Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Substrat mit einem Array lichtemittierender Elemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.

7. Elektronische Einrichtung mit einem Bildsensor zum Ab­ strahlen von Licht auf einen abzutastenden Gegenstand und zum Empfangen des reflektierten Lichts, um das Bild des Ge­ genstandes in elektrische Signale umzuwandeln, gekennzeich­ net durch:

• a) eine lichtdurchlässige Abdeckung (23), auf die der Ge­ genstand (W) aufgelegt wird;
• b) ein Substrat mit einem Array lichtemittierender Elemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5;
• c) eine Kondensorlinse (26) zum Empfangen und Sammeln des vom Gegenstand durch die lichtdurchlässige Abdeckung hin­ durch reflektierten Lichts;
• d) einen Lichtempfangsabschnitt (25) zum Empfangen des Lichts von der Kondensorlinse und zum Umwandeln desselben in elektrische Signale; und
• e) einen Hauptrahmen (21), an dessen Oberseite die licht­ durchlässige Abdeckung angebracht ist und der den lichtemit­ tierenden Abschnitt, die Kondensorlinse und den Lichtem­ pfangsabschnitt umschließt.