CH701423B1

CH701423B1 - High-power LED flat light.

Info

Publication number: CH701423B1
Application number: CH01081/09A
Authority: CH
Inventors: Christoph Liebetrau; Schmid Markus
Original assignee: Christoph Liebetrau Ur Brain Gmbh
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2015-02-13
Also published as: EP2273189A1; CH701423A1

Abstract

Leuchtkörper für die Beleuchtung von Räumen im öffentlichen und privaten Bereich, der möglichst flach und auch nachträglich, ohne Beeinträchtigung des lichten Raummasses, einfachst zu befestigen ist, bestehend aus einem Befestigungsteil (5), einer mit High Power LED (2) bestückten Platine (4), einer Klebeschicht (3), einer Abdeckplatte (1). Die Flachleuchte ist als Anbauleuchte wie auch als Unterputz-Variante einsetzbar.Luminaire for the lighting of public and private areas, the flat as possible and also subsequently, without affecting the clear volume, is easy to attach, consisting of a mounting part (5), a high power LED (2) equipped board (4 ), an adhesive layer (3), a cover plate (1). The flat light can be used as a surface-mounted luminaire as well as a flush-mounted version.

Description

ErfindungsgebietTHE iNVENTION field

[0001] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Leuchtkörper für die Beleuchtung von Räumen im öffentlichen und privaten Bereich zu schaffen, der möglichst flach und auch nachträglich, ohne Beeinträchtigung des lichten Raummasses, einfachst zu befestigen ist. Zusätzlich soll der Wärmestrom optimal abgeführt werden, um die Lebensdauer der High Power LED auf die Lebensdauer der gesamten Leuchte anzuheben, um einen vorzeitigen Austausch der Flachleuchte zu eliminieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lampe zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung der baulichen Begebenheiten in die Oberfläche eines Betonelementes integriert werden kann. It is an object of the invention to provide a luminous element for the lighting of public and private spaces, which is as flat as possible and also subsequently, without affecting the clear space dimension, is easy to attach. In addition, the heat flow should be optimally dissipated to increase the life of the high-power LED on the life of the entire light, to eliminate premature replacement of the flat light. Another object of the invention is to provide a lamp which can be integrated into the surface of a concrete element without affecting the structural conditions.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

[0002] LED-Beleuchtungen werden in vielen Bereichen angewendet. Eine Klasse von LED-Anwendungen ist in der Regel für den Ersatz von herkömmlichen Leuchtmitteln ausgelegt und dadurch in der Geometrie relativ voluminös. Eine andere Klasse ist die Anwendung von LED in Designerlampen und kundenspezifischen Applikationen. Eine Gruppe von diesen Anwendungen ist die der Flachleuchten. Bekannt ist eine beleuchtete Fliese, die wie eine herkömmliche Fliese in den Boden- oder Wandaufbau eingebettet werden kann. Der in dieser Gebrauchsmusterschrift beschriebene Aufbau umfasst eine Platine mit Abstandhalter und eine von unten beleuchtete Fliesenplatte. Dabei kann die Fliesenplatte mit einem Filter für die optische Gestaltung versehen werden. Eine weitere Ausführung einer flachen Leuchte ist in der Publikation WO 2009/004 511 A1 beschrieben. Bei dieser Ausführung sind LED in einem Hohlraum zwischen reflektierenden Flächen beschrieben, wobei das Licht durch die den LED gegenüberliegende Seite angeordneten Öffnungen austreten kann. Eine weitere Anordnung ist die Anordnung der LED auf der Lichtaustrittsfläche, wobei das Licht auf der gegenüberliegenden Seite reflektiert und durch Öffnungen zwischen den LED austreten kann. Ferner ist eine Publikation bekannt (WO 2008/026 170 A2), in der die Anordnung der LED auf eine Weise gelöst ist, bei der die Innentemperatur eines Raums durch die Beleuchtung kaum möglich ist. Bei dieser Erfindung werden die LED auf eine Isolier-Glasscheibe angeordnet, wobei der Wärmestrom auf der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Seite abgeführt wird. Gemeinsam diesen Anordnungen ist, dass zwischen der Lichtaustrittsfläche und den LED ein Zwischenraum besteht. Ausserdem wird durch den beschriebenen Aufbau der verfügbare Raum nicht optimal genutzt und durch die isolierende Wirkung des Mediums auf der Lichtaustrittsseite der LED wird die Lebensdauer der Leuchte vermindert. Eine weitere Bauweise einer Beleuchtung ist in der Schrift EP 0 900 971 B beschrieben. In dieser Veröffentlichung werden LED auf ein Glassubstrat aufgebracht und Stromzuführung wird mittels aufgedampfter Leiterbahnen gelöst. Der Nachteil dieser Anordnung ist die relativ kleine Wärmekapazität des Glases und der beschränkte Leiterquerschnitt der aufgedampften Leiterbahnen. Durch diese Limitierungen lassen sich High Power LED nur ungenügend kühlen und somit ist diese Anordnung für Lampen ungeeignet. LED lighting is used in many areas. A class of LED applications is typically designed to replace traditional bulbs, making them relatively bulky in geometry. Another class is the use of LED in designer lamps and custom applications. One group of these applications is that of the flashlights. Known is an illuminated tile, which can be embedded as a conventional tile in the floor or wall construction. The structure described in this utility model comprises a board with spacers and a bottom-lit tile plate. In this case, the tile plate can be provided with a filter for the optical design. Another embodiment of a flat light is described in the publication WO 2009/004 511 A1. In this embodiment, LEDs are described in a cavity between reflective surfaces, which light may exit through the openings opposite the LED. Another arrangement is the arrangement of the LED on the light exit surface, wherein the light on the opposite side reflects and can escape through openings between the LED. Furthermore, a publication is known (WO 2008/026 170 A2), in which the arrangement of the LED is achieved in a manner in which the internal temperature of a room by the illumination is hardly possible. In this invention, the LED are arranged on an insulating glass, wherein the heat flow is discharged on the light exit surface opposite side. Common to these arrangements is that there is a gap between the light exit surface and the LED. In addition, the available space is not optimally utilized by the described construction and the life of the luminaire is reduced by the insulating effect of the medium on the light exit side of the LED. Another type of lighting is described in EP 0 900 971 B. In this publication, LEDs are applied to a glass substrate and power supply is achieved by means of vapor-deposited conductor tracks. The disadvantage of this arrangement is the relatively small heat capacity of the glass and the limited conductor cross-section of the vapor-deposited conductor tracks. Due to these limitations, high power LEDs can not be adequately cooled and thus this arrangement is unsuitable for lamps.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

[0003] Zweck der Erfindung ist es, eine Lampeneinheit zu schaffen, die möglichst flach gebaut und somit ohne weiteres als Aufbaulampe eingesetzt werden kann. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, die Lampe so flach zu bauen, dass sie zwischen einer Betonstruktur und der Armierung platziert werden kann. Diese Aufgaben werden durch eine Flachleuchte gemäss Anspruch 1 gelöst. Die minimal notwendigen Funktionseinheiten einer Lampeneinheit sind erfindungsgemäss wie folgt beschrieben: Purpose of the invention is to provide a lamp unit that can be built as flat as possible and thus readily used as a body lamp. Another purpose of the invention is to make the lamp flat so that it can be placed between a concrete structure and the reinforcement. These objects are achieved by a flat lamp according to claim 1. The minimum necessary functional units of a lamp unit according to the invention are described as follows:

[0004] Ein Befestigungsteil 5 dient zur Befestigung einer mit High Power LED 2 und elektronischen Bauteilen 19 bestückten Platine an einen Untergrund. Das Befestigungsteil 5 dient zugleich als Wärmeübertragungsmittel von der Platine 4 zur Befestigungsfläche 7 ́. Vorzugsweise besteht das Befestigungsteil 5 aus einem Federstahlblech. Zwischen dem Befestigungsteil 5 und dem Untergrund 7 bzw. der Platine 4 kann zwecks Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten eine Wärmeleitpaste 17 angebracht werden. A fastening part 5 is used to attach a stocked with high power LED 2 and electronic components 19 board to a substrate. The fastening part 5 also serves as a heat transfer means from the board 4 to the mounting surface. 7 Preferably, the fastening part 5 consists of a spring steel sheet. Between the fastening part 5 and the substrate 7 or the board 4, a thermal compound 17 can be attached in order to increase the heat transfer coefficient.

[0005] Die Platine 4, die als Träger für die elektronische Schaltung 18,19 und der High Power LED 2 genutzt wird, kann in das Befestigungsteil eingerastet werden. Vorzugsweise besteht die Platine 4 aus einem wärmeleitenden Material wie Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Die Schaltung 18, 19 auf der Platine 4 mit den High Power LED 2 ist vorzugsweise in SMD-Technologie ausgeführt. Um die optischen Eigenschaften zu verbessern, kann die bestückte Seite der Platine 4 mit einer Farbe beschichtet werden. Vorzugsweise ist die Farbbeschichtung der Platine 4 in einer annähernd gleichen Farbe wie die Lichtfarbe der High Power LED 2 gehalten. Zum Erzielen spezieller Effekte können auch andere Farben verwendet werden. The board 4, which is used as a carrier for the electronic circuit 18,19 and the high power LED 2, can be locked in the mounting part. Preferably, the board 4 is made of a thermally conductive material such as aluminum, copper or the like. The circuit 18, 19 on the board 4 with the high power LED 2 is preferably implemented in SMD technology. In order to improve the optical properties, the populated side of the board 4 can be coated with a paint. Preferably, the color coating of the board 4 is held in an approximately same color as the light color of the high power LED 2. Other colors can be used to achieve special effects.

[0006] Auf der Lichtaustrittsfläche wird eine möglichst lichtdurchlässige, dünne und flexible und dauerelastische Klebeschicht 3 aufgebracht, die mit einer lichtdurchlässigen robusten Abdeckplatte 1 verbunden wird. Die dauerelastische Verbindung (Klebeschicht 3), die vorzugsweise eine doppelseitig klebende 3M-VHB-Folie ist, zwischen der Platine und der Abdeckplatte verhindert grössere Scherspannungen zwischen den elektronischen Bauteilen 19, High Power LED 2 und den Leiterbahnen 18 auf der Platine 2. Um spezielle, optische Effekte zu erzielen, kann die Klebeschicht 3 eingefärbt sein. Typischerweise ist die Klebeschichtdicke zwischen den elektronischen Bauteilen 18 und den High Power LED 2 zur abschliessenden Platte 1 kleiner als 1 mm, um den Wärmeübergang von der High Power LED 2 zur Abdeckplatte 1 möglichst nicht zu behindern. On the light exit surface as translucent, thin and flexible and permanently elastic adhesive layer 3 is applied, which is connected to a light-transmitting robust cover plate 1. The permanently elastic compound (adhesive layer 3), which is preferably a double-sided adhesive 3M VHB film, between the board and the cover plate prevents greater shear stress between the electronic components 19, high power LED 2 and the printed conductors 18 on the board 2. To special To achieve optical effects, the adhesive layer 3 may be colored. Typically, the adhesive layer thickness between the electronic components 18 and the high power LED 2 to the final plate 1 is less than 1 mm, so as not to hinder the heat transfer from the high power LED 2 to the cover plate 1 as possible.

[0007] Die Abdeckplatte 1 ist aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt. Vorzugsweise ist dieses Material aus einem Glas, um die Wärme besser abführen zu können und um eine erhöhte Kratzfestigkeit zu erreichen. Andere Materialien wie Kunststoff können jedoch auch als Abdeckplatte 1 genutzt werden. Um spezielle Effekte zu erzielen, kann die Abdeckplatte 1 eingefärbt oder die Oberflächen bedruckt sein. Temperiertes Glas oder Verbundsicherheitsglas kann zur Vermeidung von Unfallgefahren auch eingesetzt werden. Durch die Wahl von entsprechenden dickeren oder im Aufbau besonderen Gläsern können auch vandalenresistente Beleuchtungen gebaut werden. The cover plate 1 is made of a translucent material. Preferably, this material is made of a glass to dissipate the heat better and to achieve increased scratch resistance. However, other materials such as plastic can also be used as a cover plate 1. In order to achieve special effects, the cover plate 1 can be colored or the surfaces printed. Tempered glass or laminated safety glass can also be used to avoid the risk of accidents. By choosing corresponding thicker or in the structure special glasses and vandal resistant lighting can be built.

[0008] Eine auf der oben beschriebenen Weise aufgebaute High-Power-LED-Flachleuchte ist in ihrem Aufbau typischerweise flacher als 10 mm und kann ohne Beeinträchtigung des Lichtmasses eines Raumes, ein- bzw. angebaut werden. Die Flachleuchte lässt sich mit einer oder einer Vielzahl von High Power LED 2 als lineare oder als flächige Leuchte ausbilden. Quadratische oder rechteckige Ausführungen sind durch die geringen Herstellungskosten vorzuziehen. Andere, beliebige Formen wie runde gebogene oder vieleckige Leuchten sind aber auch denkbar. Der geometrischen Anordnung der High Power LED 2 sind keine Grenzen gesetzt, sofern die thermischen Bedingungen der High Power LED 2 eingehalten werden. A constructed in the manner described above, high-power LED flat lamp is typically flatter than 10 mm in its structure and can be without deterioration of the light mass of a room, on or grown. The flat light can be formed with one or a variety of High Power LED 2 as a linear or as a flat light. Square or rectangular designs are preferable due to the low production costs. Other, however, any shapes such as round curved or polygonal lights are also conceivable. There are no limits to the geometric arrangement of the High Power LED 2, as long as the thermal conditions of the High Power LED 2 are met.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0009] <tb>Fig. 1 :<SEP>Schnitt durch eine Lampe <tb>Fig. 2 :<SEP>Schnitt durch die Einzelteile der Lampe vor dem Verpressen <tb>Fig. 3 :<SEP>zeigt den Wärmestrom der High Power LED <tb>Fig. 4 :<SEP>Einbau der Leuchte in eine Betonstruktur <tb>Fig. 5 :<SEP>Schalung der Aussparung im Beton für den flächenbündigen Einbau in Beton <tb>Fig. 6 :<SEP>Vorbereitetes, einbaufertiges Schalungsteil bestehend aus 5, 12, 13, 15 <tb>Fig. 7 :<SEP>Montage der Platine 4 auf das Befestigungsteil 5[0009] <Tb> FIG. 1: <SEP> Cut through a lamp <Tb> FIG. 2: <SEP> Cut through the lamp parts before pressing <Tb> FIG. 3: <SEP> shows the heat flow of the high power LED <Tb> FIG. 4: <SEP> Installation of the luminaire in a concrete structure <Tb> FIG. 5: <SEP> Formwork of the recess in the concrete for flush mounting in concrete <Tb> FIG. 6: <SEP> Prepared, ready-to-install formwork section consisting of 5, 12, 13, 15 <Tb> FIG. 7: <SEP> Assembly of the board 4 on the fastening part 5

Legende:Legend:

[0010] <tb>1<SEP>Abdeckplatte <tb>2<SEP>High Power LED (Light-emitting diode) <tb>3<SEP>Klebeschicht <tb>4<SEP>Platine <tb>4 ́<SEP>Nocken an der Platine <tb>5<SEP>Befestigungsteil <tb>5 ́<SEP>rastendes Federelement am Befestigungsteil <tb>6<SEP>Schraube <tb>7<SEP>Untergrund <tb>7 ́<SEP>Befestigungsfläche <tb>8<SEP>Klebschichtdicke zwischen High Power LED und Abdeckplatte <tb>9<SEP>Fugendichtung <tb>10<SEP>Betonelement <tb>11<SEP>Schalung <tb>12<SEP>Distanzstück <tb>13<SEP>Nagel <tb>14<SEP>Armierungseisen <tb>15<SEP>Schlaudern <tb>16<SEP>Anschlussrohr <tb>17<SEP>Wärmeleitpaste <tb>18<SEP>Leiterbahnen <tb>19<SEP>elektronische Bauelemente <tb>20<SEP>Nocken <tb>21<SEP>Federzunge[0010] <Tb> 1 <September> cover <tb> 2 <SEP> High Power LED (Light-emitting diode) <Tb> 3 <September> adhesive layer <Tb> 4 <September> board <tb> 4 <SEP> Cam on the board <Tb> 5 <September> fixing part <tb> 5 <SEP> latching spring element on the fastening part <Tb> 6 <September> Bolt <Tb> 7 <September> underground <tb> 7 <SEP> Mounting surface <tb> 8 <SEP> Adhesive layer thickness between High Power LED and cover plate <Tb> 9 <September> jointing <Tb> 10 <September> concrete element <Tb> 11 <September> formwork <Tb> 12 <September> spacer <Tb> 13 <September> Nail <Tb> 14 <September> rebar <Tb> 15 <September> Sly Dern <Tb> 16 <September> connecting pipe <Tb> 17 <September> thermal paste <Tb> 18 <September> conductor tracks <tb> 19 <SEP> electronic components <Tb> 20 <September> cams <Tb> 21 <September> spring tongue

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

[0011] Eine Ausführung betrifft die Ausführung als Anbauleuchte wie beispielhaft in Fig. 1 ausgeführt. Das Befestigungsteil 5 ist bei dieser Variante als Federstahlelement ausgeführt. Das Federstahlelement wird mittels Schrauben 6 auf den Untergrund 7 aufgeschraubt. Um den Wärmetransport von der Platine 2 auf den Untergrund zu erhöhen, kann eine Wärmeleitpaste 17 zwischen Befestigungsteil 5 und Untergrund sowie zwischen Platine 2 und Befestigungsteil 5 aufgebracht werden. Durch Aufpressen der Platine 2 auf das Befestigungsteil 5 verbinden sich diese über zwei oder mehrere an der Platine angeordnete Nocken 20 und der Federzunge 21. Anwendungen sind unter anderem denkbar in Aufzugskabinen, in Gebäuden zur Flurbeleuchtung und dergleichen. An embodiment relates to the design as a surface-mounted luminaire as exemplified in Fig. 1. The fastening part 5 is executed in this variant as a spring steel element. The spring steel element is screwed by means of screws 6 on the substrate 7. In order to increase the heat transfer from the board 2 to the substrate, a thermal compound 17 between the fastening part 5 and substrate and between the board 2 and fastening part 5 can be applied. By pressing the board 2 on the fastening part 5, these connect via two or more arranged on the board cam 20 and the spring tongue 21st Applications are conceivable, inter alia, in elevator cars, in buildings for hall lighting and the like.

[0012] Eine weitere mögliche Anwendung der Flachleuchte ist die Anwendung als Unterputzlampe wie in Fig. 4 dargestellt, bei der die Anordnung der Lampe flächenbündig mit der Oberfläche ist. Bei dieser Anwendung wird das Befestigungsteil 5 in einer Vertiefung, die der Dicke der Flachleuchte entspricht, angebracht. Um die Flachleuchte gegen Eindringen von Wasser, Feuchtigkeit oder Schmutz zu schützen und abzudichten, kann beispielsweise mittels Silikon, Acryl oder einem ähnlichen Material eine Fugendichtung 9 zwischen der Flachleuchte und der umgebenden Oberfläche angebracht werden. Eine derart eingesetzte Flachleuchte kann vorzugsweise als flächenbündiges Beleuchtungselement für die Beleuchtung von Unterführungen, Fluren und dergleichen verwendet werden. Speziell auch im öffentlichen Bereich ist der Einsatz einer derartigen Lampe denkbar. Another possible application of the flat lamp is the application as a flush-mounted lamp as shown in Fig. 4, in which the arrangement of the lamp is flush with the surface. In this application, the fixing member 5 is mounted in a recess corresponding to the thickness of the flat lamp. In order to protect and seal the flat light against ingress of water, moisture or dirt, a joint seal 9 between the flat light and the surrounding surface can be attached, for example by means of silicone, acrylic or a similar material. A flat lamp used in this way can preferably be used as a flush-mounted lighting element for the illumination of underpasses, corridors and the like. Especially in the public sector, the use of such a lamp is conceivable.

[0013] Eine Variante der Unterputzlampe sieht ein Schalungsteil (Fig. 6 ) vor, das in die Schalung einer Betonstruktur eingelegt wird, wie beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Das Schalungsteil (Fig. 6 ), bestehend aus 5, 12, 13, 15, ist so ausgebildet, dass die Aufnahmen für die Flachleuchte ein integraler Bestandteil des Schalungsteils ist. Des Weiteren können, zur Erhöhung der Wärmeabfuhr, Schlaudern 15 als Kühlrippen ausgebildet an das Schalungsteil (5, 12, 13, 15) angebracht werden. Die äusserst flache Bauweise erlaubt den Einbau der Lampe an eine beliebige Stelle einer Betonstruktur, ohne die Platzierung der Armierungseisen 14 zu beeinflussen. Die im Betonbau notwendige Überdeckung der Armierungen von ca. 30 mm können durch die flache Bauweise der Lampe mühelos eingehalten werden. A variant of the flush-mounted lamp provides a formwork part (Fig. 6), which is inserted into the formwork of a concrete structure, as shown by way of example in Fig. 5. The formwork part (FIG. 6), consisting of 5, 12, 13, 15, is designed such that the receptacles for the flat light form an integral part of the formwork part. Furthermore, in order to increase the heat dissipation, shudders 15 designed as cooling fins can be attached to the formwork part (5, 12, 13, 15). The extremely flat design allows the installation of the lamp at any point of a concrete structure, without affecting the placement of the reinforcing bars 14. The coverage of the reinforcements of approx. 30 mm, which is necessary in concrete construction, can be effortlessly maintained by the flat design of the lamp.

Verfahren zur Herstellung der LampeneinheitMethod of manufacturing the lamp unit

[0014] Die Platine 4 wird mit der Klebeschicht 3 und der Abdeckplatte 1 verpresst. Das Verpressen kann zur Vermeidung von Blasenbildung auch unter Vakuumbedingungen erfolgen. Durch das Verpressen der Platten wird der Klebstoff verdrängt, und die elektronischen Bauteile 2, 19 sind in der Klebschicht eingebettet. Die dabei auftretenden Scherkräfte auf die elektronischen Bauteile führen durch die relativ geringe Viskosität des verwendeten Klebstoffes, vorzugsweise einer 3M-VHB-Folie, nicht zu Beschädigungen der Bauteile und Abreissen der Lötstellen. The board 4 is pressed with the adhesive layer 3 and the cover plate 1. The pressing can be done to avoid blistering even under vacuum conditions. By pressing the plates, the adhesive is displaced, and the electronic components 2, 19 are embedded in the adhesive layer. The occurring shear forces on the electronic components do not lead to damage of the components and tears of the solder joints due to the relatively low viscosity of the adhesive used, preferably a 3M VHB film.

Claims

1. flat lamp consisting of a high power LED (2) equipped board (4) and a translucent cover plate (1), which are glued with an adhesive (3), and a fastening part (5) on the board (4) engages, wherein the fastening part (5) by means of screws (6) on a substrate (7) can be attached, characterized in that the flat lamp has a thickness of less than 10 mm.

2. Flat lamp according to claim 1, characterized in that the adhesive (3) is permanently elastic and surrounds electronic components of the flat lamp.

3. Flat lamp according to claim 1, characterized in that the adhesive (3) consists of a double-sided adhesive film.

4. flat lamp according to claim 1, characterized in that the distance between the LED (2) and the cover plate (1) <1 mm in order to influence the heat transfer as little as possible.

5. Flat lamp according to claim 1, characterized in that the flat light is suitable to be installed in the space of the necessary concrete cover of reinforcing bars, wherein the fastening part (5) by means of nails (13) on a training (11) can be fastened.

6. flat lamp according to claim 5, characterized in that the fastening part (5), which is inserted into the reinforcement, has incorporated all external interfaces for flat lamp.

7. Flat lamp according to claim 6, characterized in that there are shudders (15) on the fastening part (5) which are used to improve the heat flow in the concrete cover.

8. A method for bonding a cover plate (1) with a board (4) of a flat lamp according to claim 1, characterized in that the adhesive surfaces of the cover plate (1) and the board (4) are pressed together at a temperature of less than 40 degrees ,