DE4302897C2 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Objekt, bei der eine Anzahl von lichtemittierenden Chips auf einer Grundplatte ent­ lang einer Zeile im Abstand voneinander angebracht ist.

Derartige Beleuchtungsvorrichtungen werden beispielsweise in Bildsen­ soren zusammen mit entsprechenden Photodioden zur Beleuchtung eines abzutastenden Objekts oder als Hintergrundbeleuchtung eines LCD und dergleichen verwendet.

Wie in Fig. 6 dargestellt, weist eine derartige LED-Beleuchtungsvorrich­ tung nach dem Stand der Technik eine Grundplatte 1 und mehrere auf die­ ser entlang einer Linie angeordnete LED-Chips 2 auf. Eine Gruppe dieser LED-Chips 2 (vier in dieser Figur) sind miteinander mit einem stromein­ stellenden Widerstand 3 in Reihe geschaltet, um die in Fig. 7 dargestellte Reihenschaltung zu bilden. Mehrere solcher Reihenschaltungen sind zu­ einander parallel geschaltet. Bei dieser Anordnung wird die gesamte LED- Zeile mit einer Versorgungsspannung V versorgt, so daß sie Licht emit­ tiert.

Der Verlauf der Lichtemission einer derartigen LED-Beleuchtungsvorrich­ tung, wie sie beispielsweise aus der Fig. 1 der US 4,814,667 bekannt ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Da die LED-Chips 2 äquidistant angeordnet sind, wird eine Ebene, also die zu bestrahlende Oberfläche 4, zwischen jedem Paar benachbarter LED-Chips 2 weniger als direkt über jedem LED-Chip 2 beleuchtet. Mit Ausnahme der LED-Chips 2 an den entgegengesetzen En­ den der linienförmigen LED-Beleuchtungsvorrichtung 5 kann jedoch das von einem LED-Chip 2 ausgesandte Licht durch das von den benachbarten LED-Chips 2 ausgesandte Licht vervollständigt werden. Eine zu beleuch­ tende Oberfläche 4 eines Objekts kann somit insgesamt im Mittelbereich im wesentlichen gleichförmig beleuchtet werden.

Die entgegengesetzen Enden der LED-Zeile der Beleuchtungsvorrichtung erscheinen jedoch dunkler als deren mittlerer Teil, da das von den LED- Chips am Rande oder Ende der Zeile kommende Licht nicht ganz durch das benachbarter LED-Chips vervollständigt werden kann.

Wenn einer derartige LED-Beleuchtungsvorrichtung 5 in einem Bildsen­ sor verwendet wird, wird ein Dokument an seinen entgegengesetzten En­ den vom Bildsensor nicht genau gelesen. Wenn eine solche LED-Beleuch­ tungsvorrichtung 5 in einem LCD verwendet wird, sind die entgegenge­ setzten Ende des Displays dunkel und schwierig erkennbar.

Ausgehend von dieser Problematik wird in der US 4,814,667 vorgeschla­ gen, den Abstand zwischen den äußersten LEDs zu verkleinern. Insbeson­ dere zeigt die US 4,814,667, daß der Randabfall der Beleuchtungsstärke verringert werden kann, wenn der Abstand zwischen den äußeren LEDs ei­ ner Leuchtdiodenzeile verringert und dafür eine Lücke zwischen den LEDs am Rand und denen im Zentralbereich der Zeile vorzusehen. Hierdurch werden jedoch die Herstellungskosten erhöht und der Entwurf einer Be­ leuchtungsvorrichtung erschwert.

Bei einer anderen bekannten Leuchtdiodenanordnung (DE 35 20 231 A1) sind auf einer Grundplatte eine Vielzahl von Leuchtdioden in einer Reihe unter ei­ ner entsprechenden Zylinderlinse angeordnet. Dabei sind zwischen den einzelnen Leuchtdioden Stege vorgesehen, so daß die Leuchtdioden je­ weils in einer Kammer liegen. Um das von den Leuchtdioden emittierte Licht möglichst gut auszunutzen, sind in allen Kammern der Leuchtdio­ denanordnung lichtreflektierende Auskleidungen vorgesehen.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art die Lichtverteilung im Randbereich der Zeile durch einfache Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist also eine Anzahl von lichtemittierenden Chips auf, wobei auf der Grundplatte um Teile der lichtemittierenden Chips herum als lichtreflektierende Einrichtungen Schichten aus einem Material angeordnet sind, das das vom Objekt reflek­ tierte Licht stärker reflektiert als die Oberfläche der Grundplatte. Diese Schichten sind dort auf der Grundplatte ausgebildet, wo die Beleuchtung durch Licht ohne solche Schichten teilweise verringert ist, also in den End­ bereichen der Beleuchtungsvorrichtung bzw. der LED-Zeile.

Selbst wenn ein Objekt über den entgegengesetzten Enden einer langge­ streckten Beleuchtungsvorrichtung weniger Licht als sein mittlerer Teil empfängt, wird Licht von Teilen um die zu beleuchtende Fläche des Ob­ jekts herum zur Beleuchtungsvorrichtung zurückgestrahlt und durch die lichtreflektierenden Schichten erneut zum Objekt hin reflektiert. Infolge­ dessen ergibt sich das Licht, welches das zu beleuchtende Objekt erreicht, als Kombination des von den lichtemittierenden Elementen selbst ausge­ strahlten Lichts und des reflektierten Lichts. So kann die zu beleuchtende Fläche gleichmäßiger beleuchtet werden.

Diese Verbesserung der Lichtverteilung kann mit geringen Kosten erzielt werden. Insbesondere können die lichtreflektierenden Schichten im Sieb­ druckverfahren aufgedruckt werden.

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

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

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

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

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

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

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

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

Fig. 8 ist eine schematische Seitenansicht, die Emissionsbe­ reiche der lichtemittierenden Elemente im bekannten Array 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 Platte 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 Platte 11 angebrachten LED-Chips 13 durch Druckbonden oder Drahtbonden befestigt sind, jedoch kann auch ein Verlöten mit eingegossenen LED-Elektroden auf der Platte 11 erfolgen.

Das Ausführungsbeispiel wurde dahingehend beschrieben, daß ein weiß eingefärbter Resist (15) an den entgegengesetzten Enden der Platte 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 Platte 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 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 (3)

1. Beleuchtungsvorrichtung für ein Objekt, bei der eine Anzahl von lichtemittie­ renden Chips (13) auf einer Grundplatte (11, 12, 14) entlang einer Zeile im Abstand voneinander angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß um die am Rande der Zeile liegenden Chips (13) auf der Grundplatte (11, 12, 14) Schichten (15) aus einem Materi­ al angebracht sind, das das von dem Objekt reflektierte Licht stärker reflektiert als die Oberfläche der Grundplatte (11, 12, 14).

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem wärmehärtenden Harz besteht.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Aluminium besteht.