CH640966A5

CH640966A5 - LED arrangement for large-scale display of information

Info

Publication number: CH640966A5
Application number: CH901879A
Authority: CH
Inventors: Peter Bertschinger
Original assignee: Zettler Elektro Apparate Ag
Priority date: 1979-10-06
Filing date: 1979-10-06
Publication date: 1984-01-31
Also published as: DE3037500C2; DE3037500A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung zur Grossanzeige von Informationen, insbesondere Ziffern, mit einer Vielzahl auf der Oberfläche einer Leiterplatte angeordneter Leuchtdioden, die in Beobachtungsrichtung durch ein Filtersystem abgedeckt sind. The invention relates to a light-emitting diode arrangement for large-scale display of information, in particular numbers, with a large number of light-emitting diodes arranged on the surface of a printed circuit board, which are covered in the direction of observation by a filter system.

Bei der Grossanzeige von Informationen mittels Leuchtdiodenanordnungen muss einerseits dafür gesorgt werden, dass auszuleuchtende Elementflächen eine möglichst gleich-mässige Ausleuchtung erfahren, um Fehlinterpretationen zu vermeiden und anderseits muss eine - von der optischen Achse aus gesehen - gute seitliche Ablesbarkeit der Leuchtfronten angestrebt werden. When large-scale information is displayed by means of light-emitting diode arrangements, on the one hand it must be ensured that element surfaces to be illuminated are illuminated as evenly as possible in order to avoid misinterpretations, and on the other hand that the light fronts must be easy to read from the optical axis.

In diesem Zusammenhang ist beispielsweise (DE-AS 2548930) eine Leuchtdiodenanzeige bekanntgeworden, bei der in Beobachtungsrichtung vor der Leuchtdiodenanzeige ein Zirkular-Polarisationsfilter angeordnet ist und bei welcher der grösste Teil der die Leuchtdioden umgebenden Fläche mit einer hochglänzenden, elektrisch leitenden Schicht aus einem Material bedeckt ist, das das mit einem gegebenen Drehsinn einfallende zirkular-polarisierte Licht so reflektiert, dass im reflektierten Licht die Komponente mit dem entgegengesetzten Drehsinn eine wesentlich grössere Amplitude besitzt als irgendeine Komponente, die noch den ursprünglichen Drehsinn aufweist. Durch weitere Verwendung von lichtundurchlässigen Filmen mit entsprechenden fensterförmigen Öffnungen wird dann dafür gesorgt, dass das gesamte von den Leuchtdioden erzeugte Licht durch das Filtersystem in Richtung zum Betrachter hin abgestrahlt wird. In this connection, for example (DE-AS 2548930), a light-emitting diode display has become known, in which a circular polarization filter is arranged in the direction of observation in front of the light-emitting diode display and in which the majority of the area surrounding the light-emitting diodes is covered with a high-gloss, electrically conductive layer made of a material is that the circularly polarized light incident with a given direction of rotation is reflected in such a way that in the reflected light the component with the opposite direction of rotation has a substantially greater amplitude than any component which still has the original direction of rotation. Further use of opaque films with corresponding window-shaped openings then ensures that all of the light generated by the light-emitting diodes is emitted by the filter system in the direction of the viewer.

Bei derartigen Vorrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, dass spezielle Leuchtdioden verwendet werden müssen, die eine eingebaute Optik aufweisen, mit der das Diffuswerden der Leuchtflächen erzeugt wird. Weiterhin sind sowohl die Verfahren zur Herstellung solcher Leiterplatten, die mit einer Aluminiumschicht zu überziehen sind, und wobei zwischen der Aluminiumschicht und der Leiterbahnen eine zusätzliche Isolationsschicht notwendig wird, sehr aufwendig und ein Polarisationsfiltersystem, welches das einfallende Licht in eine bestimmte Richtung dreht, auf dem Trägermaterial reflektiert, so dass das zurückgeworfene polarisierte Licht das Polarisationsfilter nicht mehr durchdringen kann, sehr aufwendig. In devices of this type, it has proven disadvantageous that special light-emitting diodes must be used which have built-in optics with which the diffusion of the light-emitting surfaces is produced. Furthermore, both the methods for producing such printed circuit boards, which are to be coated with an aluminum layer, and an additional insulation layer being necessary between the aluminum layer and the conductor tracks, are very complex and a polarization filter system which rotates the incident light in a certain direction on the Carrier material reflects, so that the reflected polarized light can no longer penetrate the polarization filter, very expensive.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine möglichst grosse Ausbeute des von Leuchtdioden ohne jeden optischen Zusatz erzeugten Lichtes erreicht werden kann und die seitliche Ablesbarkeit der Anzeige verbessert wird. It is therefore an object of the present invention to provide a device with which the greatest possible yield of the light generated by light-emitting diodes without any optical additive can be achieved and the readability of the display from the side is improved.

Die Aufgabe, durch Leuchtdioden grosse Strukturen, insbesondere Ziffern anzuzeigen, wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Leuchtdioden in informationsnachbildenden Leuchtelementen auf der Leiterplatte angeordnet sind und dass das Filtersystem einen bestimmten Abstand über den Leuchtdioden aufweist. Dieses Filtersystem umfasst dabei eine gegen die Leuchtdioden gerichtete transparente Riffelscheibe, eine darüber liegende Filterscheibe und eine lichtundurchlässige Filmschicht, in welcher die anzuzeigenden Bereiche fensterförmige Aussparungen sind. The object of displaying large structures, in particular numbers, by means of light-emitting diodes is achieved according to the invention in that the light-emitting diodes are arranged in information-emitting light-emitting elements on the printed circuit board and in that the filter system is at a certain distance above the light-emitting diodes. This filter system comprises a transparent corrugated disc directed against the light-emitting diodes, an overlying filter disc and an opaque film layer in which the areas to be displayed are window-shaped recesses.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstan2 In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention

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des sind die Leuchtelemente aus einer Anordnung von drei Leuchtdioden, sogenannten Leuchtdiodentrippeln gebildet und der Abstand zwischen der transparenten Riffelscheibe und den Leuchtdioden wird vorzugsweise 2 mm betragen. Durch die Kombination der Riffelscheibe in entsprechendem Abstand über den Leuchtdiodentrippeln angeordnet, kann eine besonders gute seitliche Ablesbarkeit erreicht werden. The light-emitting elements are formed from an arrangement of three light-emitting diodes, so-called light-emitting diode ripples, and the distance between the transparent corrugated disk and the light-emitting diodes will preferably be 2 mm. The combination of the corrugated disc at an appropriate distance above the LED ripples enables particularly good lateral readability to be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird die maximale optische Durchlässigkeit der Filterscheibe auf die Leuchtfarbe der Leuchtdioden abgestimmt. Dadurch wird Licht mit einer anderen spektralen Wellenlänge sehr stark gedämpft und sogenanntes Fremdlicht kann nur in diesem stark gedämpften Zustand ins Innere der Anzeige eindringen und damit den von den Leuchtdiodentrippeln erzeugten Lichtfleck nicht beeinflussen. In a further advantageous development of the subject matter of the invention, the maximum optical permeability of the filter disk is matched to the luminous color of the light-emitting diodes. As a result, light with a different spectral wavelength is very strongly attenuated and so-called extraneous light can only penetrate into the interior of the display in this strongly attenuated state and thus does not influence the light spot generated by the triple LEDs.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch Fig. 1 shows a section through

Fig. 2 eine Aufsicht der Leuchtdiodenanordnung in teilweise perspektivischer Ansicht Fig. 2 is a plan view of the light emitting diode arrangement in a partially perspective view

Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung eines Details aus Fig. 1 Fig. 4 eine Variante eines Details aus Fig. 3 In Fig. 1 ist ein Schnitt I-I durch eine Leuchtdiodenanordnung der Fig. 2 dargestellt. Dabei sind auf einer Leiterplatte 2 jeweils mehrere Leuchtdioden 1 zu Leuchtelementen zusammengefasst, wobei deren elektrische Verbindungen 3 die Leiterplatte selbst durchdringen und auf deren Rückseite angelötet sind. Nicht dargestellt sind aus Übersichtlichkeitsgründen die verschiedensten elektronischen Bauteile, wie beispielsweise Kondensatoren und Widerstände, sowie eine elektrische Spannungsversorgung der einzelnen Leuchtdioden, die zum Betrieb derselben selbstverständlich vorhanden sind. Die Leuchtdioden selbst sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer Anzahl von drei Leuchtdioden zu entsprechenden Leuchtelementen zusammengefasst. Solche Leucht-diodentrippel bilden also die vorgesehenen Leuchtelemente einer darzustellenden Struktur, beispielsweise einer Zahl. FIG. 3 shows an enlarged illustration of a detail from FIG. 1. FIG. 4 shows a variant of a detail from FIG. 3. FIG. 1 shows a section I-I through a light-emitting diode arrangement from FIG. 2. In this case, a plurality of light-emitting diodes 1 are combined to form light-emitting elements on a printed circuit board 2, their electrical connections 3 penetrating the printed circuit board itself and being soldered to its rear side. For the sake of clarity, a wide variety of electronic components, such as capacitors and resistors, and an electrical voltage supply for the individual light-emitting diodes, which are of course available for operating the same, are not shown. In this exemplary embodiment, the light-emitting diodes themselves are combined in a number of three light-emitting diodes to form corresponding light-emitting elements. Such light-emitting diode ripples thus form the intended lighting elements of a structure to be displayed, for example a number.

Die Anordnung zu Leuchtdiodentrippeln ist keineswegs charakteristisch für den Erfindungsgegenstand. Es hat sich gezeigt, dass auch beispielsweise eine Zusammenfassung von vier Leuchtdioden zu einem Leuchtelement ein sehr gutes Ergebnis bringt. The arrangement of triple LEDs is by no means characteristic of the subject of the invention. It has been shown that, for example, a combination of four light-emitting diodes to form one light-emitting element produces a very good result.

In einem bestimmten Abstand (C) über den Leuchtdioden (Leuchtelementen) ist eine transparente Riffelscheibe 4 und darüber eine Filterscheibe 5 angeordnet. Auf der Filterscheibe in Richtung zum Betrachter hin, das heisst auf der den Leuchtdioden abgewandten Seite ist diese Filterscheibe von einer lichtundurchlässigen Filmschicht 6 überdeckt. In dieser lichtundurchlässigen Filmschicht 6 sind die anzuzeigenden Bereiche der Strukturen durch fensterförmige Aussparungen 7 angezeigt, die für das von den Leuchtdioden abgegebene Licht durchlässig sind. Die Riffelscheibe 4, die Filterscheibe 5 und die lichtundurchlässige Filmschicht 6 mit ihren fensterförmigen Aussparungen 7 bilden somit ein Filtersystem (F), das in dem bestimmten Abstand C über den Leuchtdioden angeordnet ist. A transparent corrugated disc 4 and a filter disc 5 are arranged at a certain distance (C) above the light-emitting diodes (light-emitting elements). On the filter disk in the direction of the viewer, that is to say on the side facing away from the light-emitting diodes, this filter disk is covered by an opaque film layer 6. In this opaque film layer 6, the areas of the structures to be displayed are indicated by window-shaped recesses 7, which are transparent to the light emitted by the light-emitting diodes. The corrugated disc 4, the filter disc 5 and the opaque film layer 6 with their window-shaped recesses 7 thus form a filter system (F) which is arranged at a certain distance C above the light-emitting diodes.

In Fig. 2 ist eine Aufsicht einer Leuchtdiodenanordnung eines Ausführungsbeispieles dargestellt. Die einzelnen fensterförmigen Aussparungen 7 bilden dabei die Struktur der Zahl 8, wobei mit einer zusätzlichen fensterförmigen Aussparung auf der unteren rechten Seite die Anzeige eines Punktes nach der Zahl 8 möglich wird. Unter den fensterförmigen Aussparungen 7 sind Leuchtdiodentrippel (1, 1, 1) angeordnet und im dargestellten Ausführungsbeispiel sind von den 23 fensterförmigen Aussparungen, die die Struktur der Zahl 8 2 shows a top view of a light-emitting diode arrangement of an exemplary embodiment. The individual window-shaped recesses 7 form the structure of the number 8, it being possible to display a dot after the number 8 with an additional window-shaped recess on the lower right side. Light-emitting diode ripples (1, 1, 1) are arranged under the window-shaped recesses 7 and in the exemplary embodiment shown there are 23 window-shaped recesses which have the structure of the number 8

andeuten, 17 durch eine Querschraffur ausgezeichnet, so dass der visuelle Eindruck der Zahl 3 entsteht. Mit dieser Querschraffur soll gezeigt werden, dass über das Filtersystem, das von den Leuchtdioden 1 abgegebene Licht so diffus verstreut wird, dass von der Seite des Beobachters die einzelnen Leuchtdioden nicht mehr erkannt werden können. indicate, 17 marked by a cross hatch, so that the visual impression of the number 3 is created. This cross hatching is intended to show that the light emitted by the light emitting diodes 1 is so diffusely scattered via the filter system that the individual light emitting diodes can no longer be recognized by the observer.

In der Fig. 3 ist eine vergrösserte Darstellung des Leucht-diodentrippels 1,1,1 und des darüberliegenden Filtersystems F, wie es in den vorangehenden Figuren bereits beschrieben wurde, skizziert. Ausschlaggebend für die Berechnung der einzelnen Leuchtelemente ist einmal der Durchmesser D der einzelnen Leuchtdioden 1 und die periphere Weite E beispielsweise eines Leuchtdiodentrippels 1,1,1. Diese Leuchtdioden sind, wie ebenfalls schon erwähnt, auf sogenannten Leiterplatten 2, auf denen sie beispielsweise durch entsprechende Lötungen an ihren elektrischen Verbindungen 3 befestigt sind, angeordnet. Unter einem entsprechenden Abstrahlwinkel a wird von diesen Leuchtdioden ein gefärbtes Licht abgegeben. Die Leuchtdioden selbst sind in einem Abstand C, der in der Praxis etwa 0-3 mm, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 2 mm, unterhalb der transparenten Riffelscheibe 4 angeordnet. Diese transparente Riffelscheibe 4 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die diamantartige Prägung (Diamantprägung) mit einem entsprechenden Prägewinkel ß und diese diamantartige Struktur breitet sich wabenförmig über die den Leuchtdioden zugewandte Seite der Riffelscheibe aus. Die Diamantprägung selbst dringt dabei bis zu einer Tiefe T in die Riffelscheibe 4 ein. Damit nun einerseits ein entsprechendes Diffuswerden des von den Leuchtdioden abgegebenen Lichtes erreicht wird und anderseits möglichst kein von den Leuchtdioden abgestrahltes Licht durch Reflektion verloren geht, hat es sich als günstig erwiesen, als Tiefe T ein Mass vorzusehen, das weniger als die Hälfte der Dicke B der Riffelscheibe 4 beträgt und vorzugsweise etwa ein Drittel dieser Dicke ausmacht. Die Dicke A der Filterscheibe 5 spielt für die Bemassung des Filtersystems F eine untergeordnete Rolle. Sehr wesentlich hingegen für die Ausleuchtung bzw. eventuell aufzunehmenden Lichtverlust sind Abmessungen der fensterförmigen Aussparungen 7, die etwa der peripheren Weite E der Leuchtdiodentrippel bzw. des Leuchtelementes entsprechen sollen. 3 shows an enlarged illustration of the light-emitting diode tripple 1, 1, 1 and the filter system F lying above it, as has already been described in the previous figures. The decisive factor for the calculation of the individual light-emitting elements is the diameter D of the individual light-emitting diodes 1 and the peripheral width E, for example of a light-emitting diode triple 1, 1, 1. As already mentioned, these light-emitting diodes are arranged on so-called printed circuit boards 2, on which they are attached to their electrical connections 3, for example by corresponding soldering. A colored light is emitted by these light-emitting diodes at a corresponding radiation angle α. The light-emitting diodes themselves are arranged at a distance C, which in practice is approximately 0-3 mm, in the present exemplary embodiment 2 mm, below the transparent corrugated disk 4. In the present exemplary embodiment, this transparent corrugated disk 4 has the diamond-like embossing (diamond embossing) with a corresponding embossing angle β, and this diamond-like structure spreads out in a honeycomb fashion over the side of the corrugated disk facing the light-emitting diodes. The diamond embossing itself penetrates into the corrugated disc 4 to a depth T. So that, on the one hand, a corresponding diffusion of the light emitted by the light-emitting diodes is achieved and, on the other hand, as far as possible no light emitted by the light-emitting diodes is lost due to reflection, it has proven to be advantageous to provide a dimension T that is less than half the thickness B is the corrugated disc 4 and is preferably about a third of this thickness. The thickness A of the filter disk 5 plays a subordinate role for the dimensioning of the filter system F. On the other hand, dimensions of the window-shaped recesses 7, which should correspond approximately to the peripheral width E of the triple LEDs or the lighting element, are very important for the illumination or any loss of light to be recorded.

Von den verschiedenen Möglichkeiten, die die geometrische Anordnungen der Leuchtdioden zu Leuchtelementen erlauben, als auch von der visuellen Beurteilung von Leuchtelementen zum Aufbau grosser Strukturen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die fensterförmigen Aussparungen 7, wie im vorliegenden Beispiel in Fig. 2 gezeigt, in einer Rhomoidfornv auszubilden. Neben der Rhomboidform hat auch die kreisrunde Anordnung entsprechender Leuchtdioden zu Leuchtelementen bzw. Aussparungen entsprechend anzuzeigender Bereiche sehr gute Ergebnisse gebracht. From the various possibilities that allow the geometrical arrangements of the light-emitting diodes to form light-emitting elements, as well as from the visual assessment of light-emitting elements for the construction of large structures, it has proven to be advantageous to cut the window-shaped recesses 7, as shown in the present example in FIG a rhomoid form. In addition to the rhomboid shape, the circular arrangement of corresponding light-emitting diodes to form light-emitting elements or recesses in areas to be displayed has also brought very good results.

In Fig. 4 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Filterscheibe 5 in der Riffelscheibe 4 integriert, das heisst das transparente Material der Riffelscheibe wurde so ausgewählt, dass es gleichzeitig eine maximale optische Durchlässigkeit für Licht der Leuchtfarbe der Leuchtdioden aufweist. Dies gestattet natürlich eine besonders einfache Herstellung des Filtersystems, das damit nur noch eine Einheit 8, die sowohl die Riffelscheibe 4 mit der entsprechenden Diamantprägung 9 und einem Prägewinkel ß, umfasst, als auch die Filterscheibe 5 enthält, über der lediglich die lichtundurchlässige Filmschicht 6, mit den entsprechend den anzuzeigenden Bereichen fensterförmigen Aussparungen 7, anzuordnen ist. 4, in a further exemplary embodiment, the filter disk 5 is integrated in the corrugated disk 4, that is to say the transparent material of the corrugated disk was selected such that it at the same time has a maximum optical permeability for light of the luminous color of the light-emitting diodes. Of course, this allows a particularly simple manufacture of the filter system, which therefore only contains one unit 8, which comprises both the corrugated disc 4 with the corresponding diamond embossing 9 and an embossing angle β, and also the filter disc 5, over which only the opaque film layer 6, with the window-shaped recesses 7 corresponding to the areas to be displayed.

Es hat sich als besonders einfach und kostengünstig erwiesen, die Baueinheit 8 aus einem speziellen «Plexiglas» (glasartigem, nicht splitternden Kunststoff) herzustellen. It has proven to be particularly simple and inexpensive to manufacture the structural unit 8 from a special “plexiglass” (glass-like, non-splintering plastic).

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3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

640 966 PATENT CLAIMS

1. LED arrangement for large-scale display of information, in particular numbers, with a plurality of light-emitting diodes arranged on the surface of a printed circuit board, which are covered in the direction of observation by a filter system, characterized in that the light-emitting diodes are arranged in information-emitting light elements (1, 1, 1) and that the filter system (F) is at a certain distance (C) above the light-emitting diodes (1), as well as a transparent corrugated disc (4) directed against the light-emitting diodes (1), a filter disc (5) above it and an opaque film layer (6), in which the areas to be displayed are window-shaped recesses (7).

2. LED arrangement for large display of information according to claim 1, characterized in that the lighting elements (1,1,1) are formed from an arrangement of three light-emitting diodes, so-called light-emitting diode ripples.

3. LED arrangement for large display of information according to one of the preceding claims,

characterized in that the distance (C) between the transparent corrugated disc (4) and the light-emitting diodes (1) is 0-3 mm, preferably 2 mm.

4. LED arrangement for large display of information according to claims 2 and 3, characterized in that the filter disc (5) has its maximum optical permeability for the luminous color of the LEDs (1).

5. LED arrangement for large display of information according to one of claims 1 to 4, characterized in that the filter system (F) has a thickness which allows the rays broken by the transparent corrugated disc (4) to be emitted again from the filter system (F).

6. LED arrangement for large display of information according to one of claims 1 to 5, characterized in that the peripheral width (E) of the LED triplet (1,1,1) has approximately the ratio of 2: 1 with respect to the diameter of the LEDs.

7. LED arrangement for large display of information according to one of the preceding claims,

characterized in that the filter disc (5) is integrated in the corrugated disc (4) and thus forms a plate-shaped structural unit (8).

8. LED arrangement for large display of information according to one of the preceding claims,

characterized in that the corrugated disc (4) consists of glass-like, non-splintering plastic with a diamond-like embossing (9) on one side and the diamond-like embossing (9) is arranged in the direction of the light-emitting diodes (1).

9. LED arrangement for large display of information according to claim 8, characterized in that the depth (T) of the diamond-like embossing (9) has less than half, preferably about a third of the thickness (D) of the corrugated disc (4).

10. LED arrangement for large display of information according to claim 8 or 9, characterized in that the embossing angle (β) of the diamond-like embossing (9) corresponds approximately to the radiation angle (a) of the light emitting diodes (1).

11. LED arrangement for large display of information, according to one of the preceding claims,

characterized in that the window-shaped recesses (7) of the opaque film layer to the peripheral width (E) of the LED triple (1) have a ratio of about 1: 1.

12. LED arrangement for large display of information according to one of the preceding claims,

characterized in that the window-shaped recesses (7) of the opaque film layer (6) have a rhomboid shape.

13. LED arrangement for large display of information according to one of claims 4 to 12, characterized in that the maximum permeability of the filter disc (5) is in the red area.