модуль экрана информационного табло

Формула изобретения

1. Модуль экрана информационного табло, содержащий подложку со схемой разводки, снабженный присоединительными выводами, установленными на контактных площадках схемы разводки, кристаллы получателей света, соединенные проводниками с соответствующими шинами схемы разводки, крышку с направляющими штырями, размещенными соответственно позиционным отверстиям в подложке, матрицу оптических светопроводов, размещенную между подложкой и крышкой, а также встроенные в крышку линзы из оптически прозрачной пластмассы, отличающийся тем, что крышка выполнена монолитно со светопроводами и линзами из оптически прозрачной пластмассы, в которую введено до 5% диспергатора, на лицевой стороне крышки нанесено контрастообразующее покрытие, по периферии тыльной стороны крышки выполнен паз, заполненный герметизирующим компаундом, а расстояние между линзами в два раза превышает расстояние между крайней линзой и ближней боковой гранью крышки, при этом высота светопровода H выбирается из соотношения 1,5h < H < 4h, где h высота кристаллов излучателей света.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что шины и контактные площадки схемы разводки выполнены медными с никелевым покрытием, при этом в местах установки кристаллов излучателей света выполнено не менее одного углубления произвольной формы по глубине, превышающего толщину никелевого слоя, тыльная сторона подложки покрыта медно-никелевым слоем, за исключением мест выхода присоединительных выводов, при этом в местах выхода присоединительных выводов и направляющих штырей из позиционных отверстий подложки с ее тыльной стороны нанесен герметизирующий компаунд, а кристаллы излучателей света закреплены на контактных площадках с помощью токопроводящего клея.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что линзы выполнены усеченными параллельно боковым граням крышки, нормально ее лицевой стороне на расстоянии, превышающем три четверти радиуса окружности, ограничивающей линзы с лицевой стороны крышки.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в пределах границы каждой линзы установлены кристаллы излучателей света с различными цветами светового потока.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в оптически прозрачную пластмассу введен краситель, соответствующий цвету цветового потока кристаллов излучателей света.

6. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в оптически прозрачную пластмассу введен желтый краситель.

7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что на места соединения проводников с шинами и присоединительных выводов с контактными площадками схемы разводки нанесен токопроводящий клей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике, а именно, к модулю экрана информационного табло и может найти применение в полупроводниковой технике при разработке и производстве модулей экранов с высокими эргономическими характеристиками и надежностью.

Повышение информативности в местах общественного пользования в настоящее время достигается с помощью информационного табло типа бегущих строк и экранов, выполняемых, как правило, с использованием газоразрядных элементов и ламп накаливания. Однако такие информационные табло имеют невысокие надежность и долговечность. Создание информационных табло с использованием дискретных светодиодов ставит задачи по их коммутации в единую систему, управления ей, подбору светодиодов по разнояркости и ремонтоспособности таких систем. Кроме того, такие информационные табло имеют невысокие эргономические характеристики. Наиболее перспективным для создания информационных табло являются монолитные полупроводниковые модули экрана.

Известен модуль экрана информационного табло, содержащий кристаллы излучателей света, расположенные в сферических выемках подложки со схемой из которых расположена над соответствующим кристаллом излучателя света [1] Недостатком такого решения является возможность взаимозасветки элементов модуля экрана, а также малый угол обзора, определяемый удаленностью кристаллов излучателей света от линз крышки. Другое техническое решение [2] описывает модуль экрана, содержащий кристаллы излучателей света на подложке, монолитную плоскую крышку со светопроводами и линзами сложной формы, обращенными к кристаллам излучателей света, предназначенный для использования в качестве экранов дисплеев. Его недостатком является малый угол обзора, определяемый конструктивным построением и особенностями формы построения линз.

Наиболее близким по технической сущности решением к изобретению является модуль экрана информационного табло, содержащий подложку со схемой разводки, присоединительные выводы, соединенные со схемой разводки, кристаллы излучателей света в местах их установки на схеме разводки и соединенные проводниками с соответствующими шинами схемы разводки, крышку с направляющими штырями, матрицу оптических светопроводов между подложкой и крышкой, встроенные в крышку линзы из оптически прозрачной пластмассы и расположенные над кристаллами излучателей света. Подложка имеет позиционные отверстия для направляющих штырей крышки [3] Недостатком такого модуля экрана информационного табло является невысокая герметичность, сложность в сборке, достаточно большая толщина и отсутствие бесшовной стыковки с другими модулями, обусловленные конструктивным решением, а также невысокий угол обзора и невозможность эффективного смешения цветов при многоцветном исполнении модуля вследствие отсутствия диспергатора в материале линз и удаленности от них кристаллов излучателей света.

Целью изобретения является повышение эргономических характеристик и надежности за счет совершенствования конструкции модуля экрана.

Цель достигается тем, что крышка выполнена монолитно со светопроводами и линзами из оптически прозрачной пластмассы, в которую введено до 5% диспергатора, на лицевой стороне крышки между линзами нанесено контрастно-образующее покрытие, по периферии тыльной стороны крышки выполнен паз, заполненный герметизирующим компаундом, а расстояние между линзами в два раза превышает расстояние между крайней линзой и ближней боковой гранью крышки, при этом высота светопровода (H) выбрана из соотношения: 1,5h<H<4h, где h высота кристаллов излучателей света.

Кроме того, цель достигается тем, что шины и контактные площадки схемы разводки выполнены медными с никелевым покрытием, при этом в местах установки кристаллов излучателей света выполнено не менее одного углубления произвольной формы по глубине, превышающей толщину никелевого слоя, тыльная сторона подложки покрыта медно-никелевым слоем за исключением мест выхода присоединительных выводов, при этом в местах выхода присоединительных выводов и направляющих штырей из позиционных отверстий подложки с ее тыльной стороны нанесен герметизирующий компаунд, а кристаллы излучателей света закреплены на контактных площадках с помощью токопроводящего клея.

Кроме того, линзы выполнены усеченными параллельно боковым граням крышки, нормально ее лицевой стороне на расстоянии, превышающем 3/4 радиуса окружности, ограничивающей линзы с лицевой стороны крышки; в пределах границы каждой линзы установлены кристаллы излучателей света с различными цветами светового потока; в оптически прозрачную пластмассу введен краситель, соответствующий цвету светового потока кристаллов излучателей света; в оптически прозрачную пластмассу введен желтый краситель; на места соединений проводников с шинами и присоединительных выводов с контактными площадками схемы разводки нанесен токопроводящий клей.

На фиг. 1 изображен в разрезе боковой элемент модуля экрана информационного табло; на фиг. 2,3 место установки кристалла излучателя света в случае нанесения никелевого покрытия на всю поверхность схемы разводки; на фиг.4 вид сбоку 16-сегментного модуля экрана информационного табло; на фиг.5 вид в плане со стороны крышки 16-сегментного модуля экрана информационного табло.

Боковой элемент модуля экрана содержит: крышку 1, линзы 2, контрастно-образующее покрытие 3, подложку со схемой разводки 4, присоединительный вывод 5, герметизирующий компаунд 6, направляющий штырь 7, светопровод 8, никилиевое покрытие 9 на медном слое 10, которые образуют токопроводящую шину, место установки кристалла излучателя света 11, токопроводящий клей 12, кристалл излучателя света с верхним и нижним омическими контактами 13, металлический проводник 14, развальцовку направляющего штыря 15, медноникилиевое покрытие 16.

Место установки кристалла излучателя света содержит: подложку 4, никелевое покрытие 9 на медном слое 10, токопроводящий клей 12, кристалл излучателя света 13, металлический проводник 14, нижний и верхний омические контакты 16 и 17.

16-сегментный модуль экрана информационного табло содержит: крышку 1, линзы 2, контрастно-образующее покрытие 3, подложку со схемой разводки 4, присоединительный вывод 5, герметизирующий компаунд 6.

Сила света и цвет светящихся элементов модулей экранов информационного табло определяются соответствующей окраской крышек, типом и количеством кристаллов излучателей света, расположенных под линзой каждого элемента.

Модуль экрана информационного табло работает следующим образом.

При подаче на присоединительный вывод 5 и присоединительный вывод, соединенный с медной площадкой 11, на которую установлен кристалл излучателя света 13, напряжения, обеспечивающего протекание тока через р-п переход в прямом направлении, кристалл излучателя света 13 начинает испускать свет. Излучаемый свет попадает в область крышки 1 с линзой 2 и равномерно рассеивается там за счет диспергатора, обеспечивая равномерно светящуюся поверхность линзы 2. В случае размещения на подложке 4 под линзой 2 кристаллов излучателей света 13 с различными цветами испускаемого света, диспергатор в объеме линзы 2 обеспечивает эффективное смешение цветов по объему линзы 22 и однородное свечение поверхности линзы 2 одного из смешанных цветов. Варьирование цвета свечения сегмента осуществляется изменением величин токов, протекающих через кристаллы излучателей света 13 в прямом направлении.

Изобретение повышает эргономические характеристики и надежность модуля экрана информационного табло за счет монолитного выполнения крышки 1 с линзами 2 и светопроводами 8, а также контрастно-образующим покрытием 3 на ее лицевой стороне между линзами, так как контраст изображения между светящимися и несветящимися сегментами, формируемыми линзами 2, на фоне контрастно-образующего покрытия 3 обеспечивает четкое считывание информации до 160^o угла обзора. Добавка в материал крышки диспергатора до 5% как и ограничение высоты светопровода 8 по отношению к высоте кристаллов излучателей света 13, обеспечивает равномерную засветку по поверхности линз 2. Увеличение процентного содержания диспергатора свыше указанной величины приводит к снижению яркости светящихся сегментов при сохранении величины тока, протекающего через кристаллы излучателей света 13. Превышение расстояния между линзами 2 в два раза расстояния между крайней линзой 2 и боковой гранью крышки 1 обеспечивает бесшовную стыковку модулей экрана информационного табло по горизонтали и вертикали, что позволяет формировать информационное табло как в виде бегущих строк, так и экранов. Нанесение герметизирующего компаунда 6 в паз крышки 1 после ее стыковки с подложкой 4, имеющей те же геометрические размеры, обеспечивает герметичность конструкции, что предотвращает деградацию кристаллов излучателей света 13, приводящую к снижению силы света и появлению разнояркости светящихся сегментов.

Подложка 4 со схемой разводки на медно-никелевых шинах, с контактными площадками и местами для установки кристаллов 11, выполнена таким образом, что медно-никелевое покрытие занимает максимальную площадь в пределах границ линз 2, за исключением промежутков между шинами, обеспечивающими схему разводки.

Поскольку коэффициент отражения никелевого покрытия превышает эту величину у медного покрытия, тем самым обеспечивается увеличение отражаемого от подложки 4 и собираемого линзами 2 потока света. Кроме того, наличие никелевого слоя 9 на медных шинах 10 и контактных площадках обеспечивает более надежное и качественное микросварное соединение металлических проводников 14. Отсутствие никелевого покрытия 9 на местах установки кристаллов излучателей света 11 обусловлено недостаточной стабильностью системы контакта: никель - токопроводящий клей, приводящей к неконтролируемому росту переходного сопротивления, особенно при воздействии повышенных температур, что, в конечном итоге, устраняет возможность появления разнояркости элементов модуля экрана информационного табло. Медно-никелевое покрытие с тыльной стороны подложки 4 является эффективным теплоотводом мощности, выделяемой кристаллами излучателей света 13, позволяет снизить разнояркость светящихся сегментов при всех прочих равных условиях и за счет увеличения тока, протекающего через кристаллы излучателей света 13, повысить световой поток и яркость светящихся сегментов.

Выполнение подложки 4 со схемой разводки с лицевой стороны и теплоотводом с тыльной стороны в ряде случаев не обеспечивает полной коммутации схемы разводки, что требует введения дополнительных перемычек из металлических проводников 14. Решением проблемы является выполнение подложки 4 с двухсторонней схемой разводки и максимальной металлизацией с тыльной стороны для обеспечения теплоотвода рассеиваемой мощности кристаллов излучателей света 13.

Изготовление подложек 4 с медными посадочными местами 11 для установки кристаллов излучателей света 13, с никелевым покрытием 9 на токопроводящих шинах 10, контактных площадках и местах присоединения металлических проводников путем локального гальванического осаждения никеля не всегда возможно вследствие топологических требований к схеме разводки подложки 4. Формирование схемы разводки после нанесения сплошного никилиевого покрытия 9 требует проведения двух фотолитографий: для создания схемы разводки и снятия никелевого покрытия 9 до медного слоя 10 в местах установки 11 кристаллов излучателей света 13. Причем проведение второй фотолитографии существенно усложняет процесс создания подложек 4 вследствие критичности процесса. Формирование схемы разводки в процессе одной фотолитографии осуществляется одновременным созданием в местах установки 11 для кристаллов излучателей света 13 в медно-никелевом покрытии от одного до нескольких углублений произвольной формы, по глубине, превышающей толщину никилиевого покрытия 9 вплоть до границы медного слоя 10 с подложкой 4. Такое выполнение мест установки 11 для кристаллов излучателей света 13 обеспечивает надежный теплоотвод и отсутствие приращения прямого падения напряжения за счет контактирования слоя токопроводящего клея 12 с медным слоем 10.

Первое утолщение присоединительных выводов 5 на лицевой стороне подложки 4 обеспечивает надежность контактирования с ее контактными площадками при запрессовке выводов, а второе утолщение в объеме подложки 4 механическую прочность сцепления: присоединительный вывод 5 подложка 4. Герметизирующий компаунд 6 в местах выхода присоединительных выводов 5 и направляющих штырей 7 с тыльной стороны подложки 4 служит для уверенной герметизации модуля экрана информационного табло.

Усечение линз 2 параллельно боковым граням крышки 1 направлено на оптимальное восприятие отображаемой информации и более плотное заполнение информационного поля модуля экрана, в сравнении с линзами 2, выполненными в шаровом исполнении. В то же время квадратные в плане линзы 2 не обеспечивают равномерной засветки по углам в отношении ее центральной части.

Исполнение информационных табло для улиц или больших помещений общественного пользования требует модулей экрана с высокой яркостью светящихся сегментов. В этом случае на подложке 4 в пределах границы каждой линзы 2 располагаются несколько кристаллов излучателей света 13, включенных последовательно, параллельно или группами последовательно-параллельно, в зависимости от схемы разводки подложки 4.

При монохроматическом исполнении модулей экрана информационного табло могут быть использованы кристаллы излучателей света 13 с красным, зеленым, оранжевым, желтым или синим цветом свечения. Насыщенность цвета, а следовательно, и восприятие информации усиливаются исполнением крышки 1 соответствующего цвета за счет введения красителя при ее выполнении.

Многоцветные модули экрана информационного табло получают равномерным расположением на подложке 4 в пределах границы каждой линзы 2 кристаллов излучателей света 13 с различными цветами светового потока для равномерности засветки световым потоком тыльной стороны линз 2, что обеспечивает однородный цвет по всей поверхности лицевой стороны линз 2. Так, использование кристаллов излучателей света 13 с красным и зеленым цветовыми потоками позволяет получить всю гамму цветов в диапазоне от красного до зеленого. Крышка 1 в этом случае выполняется мутной при добавлении диспергатора белого цвета, однако предпочтительнее окрашивать ее в желтый цвет, что повышает интенсивность передачи желтого и оранжевого цветов, не ослабляя заметно красного и зеленого цветов.

Для повышения стабильности переходных сопротивлений в местах приварки металлических проводников 14 к шинам и местах контактирования присоединительных выводов 5 с контактными площадками подложки 4 с ее лицевой стороны на эти места нанесен токопроводящий клей 12.

Исполнение модулей экрана достаточно большого размера с монолитной крышкой 1 представляет определенные трудности ввиду возможной деформации крышки 1 при ее изготовлении. Даже незначительная деформация приводит к появлению разнояркости светящихся сегментов по полю модуля экрана информационного табло. В этом случае на подложке 4 располагается несколько крышек 1, выполненных в виде отдельных многолинзовых сегментов. При этом герметизирующий компаунд 6, кроме периферийных боковых граней крышек 1 и мест выхода присоединительных выводов 5 из подложки 4, наносится на места стыковки сегментов крышек 1. Под действием капиллярного эффекта герметизирующий компаунд 6 проникает в места стыковки до паза на тыльной стороне крышек 1, где действие капиллярного эффекта прекращается, что предотвращает попадание герметизирующего компаунда 6 на подложку 4.

Выполнение крышки 1 в виде отдельных многолинзовых сегментов существенно упрощает ремонтоспособность таких модулей экрана информационного табло.

Известных технических решений, направленных на повышение эргономических характеристик и надежности модулей экрана информационного табло, указанными средствами при поиске в патентном фонде и литературных источниках не обнаружено.

Следовательно, заявленный модуль экрана информационного табло соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не выявило технических решений, сходных по отличительным в заявленном решении признакам, проявляющим аналогичные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого модуля экрана информационного табло критерию "существенные отличия".