DE102005050254B4

DE102005050254B4 - Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Leuchteinrichtung als Mehrfachanordnung

Info

Publication number: DE102005050254B4
Application number: DE102005050254A
Authority: DE
Inventors: Dieter Leber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: DE102005050254A1

Abstract

Verfahren, bei dem eine Leuchteinrichtung in Form eines flexiblen Leuchtbandes mit aneinanderhängenden Inseln als Leuchteinheiten, bei dem auch beim Biegen in der Substratebene die Achsen der Leuchteinheiten gleich bleiben und sich die Verformung auf die Engstelle beschränkt, hergestellt wird, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
– Bereitstellen einer flexiblen Leiterplatte,
– Bestücken der Leiterplatte mit mehreren Leuchteinheiten, die jeweils zumindest mindestens eine Leuchte aufweisen, und
– Trennen des flexiblen Substrates entlang einer Trennlinie derart, dass
– jede Leuchteinheit zusammen mit dem zugehörigen Abschnitt der Leiterplatte die Form einer Insel erhält, die neben der mindestens einen Leuchte elektrische Verbindungen enthält, die zu genau zwei Nachbarinseln führen, die entweder geradlinig oder rechtwinklig versetzt angeordnet sind, dass
– die Verbindungen zwischen den Inseln in Form einer Engstelle ausgeführt sind und dass
– die Inseln in dem resultierenden Leuchtband mäander- oder spiralförmig angeordnet sind.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchteinrichtung als Mehrfachanordnung, die aus einer Leiterplatte besteht, welche mit Leuchteinheiten bestückt ist, wobei eine Leuchteinheit im einfachsten Fall aus einer einzelnen Leuchte, im allgemeinen jedoch aus mehreren, oft farbigen Leuchten besteht. Gekennzeichnet ist die Erfindung durch die besondere Anordnung der Leuchteinheiten auf einer besonders geformten Leiterplatte, so dass letztendlich ein Leuchtband entsteht, welches in beliebigen Richtungen verlegt werden kann und die Leuchten dabei immer die gewünschte Leuchtrichtung beibehalten.
Leuchtbänder mit aufgebrachten Leuchteinheiten, meist Leuchtdioden, meist in Form von flexiblen Leiterbahnen, sind in der Literatur beschrieben und im Handel erhältlich.
Die Druckschrift DE 199 22 176 A1 beschreibt ein solches flexibles Leuchtband, welches entweder zum Zwecke der Kühlung oder zum Erreichen von optischen Effekten entweder auf einen Kühler oder auf einen konvexen oder konkaven Körper mit zusätzlichen Kühleigenschaften aufgebracht werden kann.
Die Druckschrift DE 10 2004 009 284 A1 beschreibt ebenfalls ein flexibles Leuchtband, diesmal jedoch für Hochleistungsdioden.
Die Produkte LSL-063-01W und LSL-062-06B von Kingbright sind im Handel erhältliche flexible Leuchtbänder.
Des weiteren sind Leuchtflächen in Form von starren Kacheln bekannt wie sie z. B. durch das Produkt LED-AERA 12 V der Firma MV MATRIC VISION erhältlich und schrieben sind.
Als Leuchteinheiten kommen typischerweise Leuchtdioden (LED) zum Einsatz. Das Produkt LATB G66B von OSRAM z. B. besteht aus 3 einzelnen Leuchtdioden in den Farben Rot, Grün und Blau und lässt somit auch das Erzeugen von Mischfarben zu. Der Hersteller empfiehlt im Datenblatt direkt, wie die elektrischen Verbindungen zu legen sind und wie die elektrischen Verbindungen auszubilden sind, damit sich automatisch eine ausreichende Kühlflächen einstellt.
Der Nachteil dieser flexiblen Leuchtbänder ist, dass ein Band nur in Richtung der optischen Achse gebogen werden kann. Anders formuliert – wenn ein Band gebogen wird, verschiebt sich die optische Achse immer in die radiale Ebene des gebogenen Bandes. Wird ein solches Band, wie in der Druckschrift DE 199 22 176 A1 2B beschrieben, um einen Zylinder gelegt, ist die optische Achse fest nach außen gerichtet, egal ob das Band als Ring oder Spirale angeordnet wird. Wollte man in die Stirnfläche des Zylinders mit einem Leuchtband belegen, welches nach oben in axialer Richtung leuchten soll, ist dies mit einem solchen Leuchtband nicht möglich. Dafür müsste eine spezielle Leiterplatte entworfen werden.
Soll eine mehrdimensionale Abstrahlung, wie in 2C beschrieben, erzielt werden, muss dafür genau diese spezielle flexible Leiterplatte entworfen und geschnitten werden.
Rechteckige, vorwiegend starre Platten eignen sich für solche Anwendungen überhaupt nicht. Sie passt nicht flächenfüllend auf die Stirnseite und sie darf, obwohl sie vielleicht sogar als flexible Leiterplatte ausgeführt wurde, nicht beschnitten werden, weil damit die Leiterbahnen unterbrochen würden. Der Anwendungsbereich für rechteckige Kacheln liegt vorwiegend im Ausleuchten von überwiegend rechteckigen Lichtkästen, z. B. für Stimmungs-Beleuchtungs- oder Werbezwecken.
Wenn die auszuleuchtende Fläche individuelle Kurvenformen oder schmale und weite Passagen hat, wie man es meist bei Firmenlogos, Firmennamen in Form von speziellen Schriftzügen, Figuren, künstlerischen Formen oder ähnliches findet, ist der Einsatz von Kacheln oder Leuchtbändern unzweckmäßig. Die Kacheln leuchten Rundungen nicht aus, sind an engen Stellen zu breit oder lassen sich nicht vollständig als Mosaik aneinanderreihen.
Für komplex zu beleuchtende Objekte müssen jedes Mal individuell angepasste Leuchtflächen entworfen, entwickelt und gefertigt werden, was insgesamt mit hohen Kosten verbunden ist.
Der Einsatz von flexiblen Bändern ist nicht möglich. Wird ein Band z. B. entlang eines Kurvenverlaufs gebogen, rutscht die optische Achse nach außen. Das Band leuchtet dann nicht mehr in die gewünschte Richtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchteinheit, vorwiegend in Form eines möglichst langen flexiblen Leuchtbandes, zu entwickeln, welches in Massen gefertigt werden kann und beim Verarbeiten bzw. Verlegen an beliebige Streckenverläufe angepasst werden kann, wobei die optische Achse immer gleich bleiben soll. Dabei sollen konventionelle Fertigungsverfahren angewandt werden. Bestückungsautomaten und Löteinrichtungen, speziell solche für oberflächenmontierbare Bauelemente (SMD), können besonders vorteilhaft vorwiegend rechteckige Leiterplatten verarbeiten.
Leuchtbänder, besondern dann, wenn sie viele Meter lang sein sollen, sind mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht zu verarbeiten. Sobald der erste Abschnitt eines langen Bandes bestückt ist, müsste es auch gleich gelötet werden. Das Band kann im ungelöteten Zustand nicht aufgerollt werden weil dann die Bauelemente verschoben würden. Ein Inlineprozess, bei welchem der Teil des Bandes, der bestückt aus dem Bestückungsautomaten kommt, gleich in den Reflowofen geführt wird, ist nicht möglich. Die Durchlaufzeiten der beiden Maschinen sind extrem unterschiedlich und nicht zu vereinbaren.
Dies wird mit den in den Schutzansprüchen aufgeführten Merkmalen wie folgt gelöst:

– Die Leuchteinrichtung wird aus einer großen, vorwiegend rechteckigen und vorwiegend flexiblen Leiterplatte (33) gefertigt, auf die mehreren Leuchteinheiten (1), (10), (22), (30) als Mehrfachanordnung angeordnet werden.
– Jede Leuchteinheit, bestehend einer oder mehreren Leuchten (2), (42), beschreibt zusammen mit dem zugehörigen Abschnitt der Leiterplatte die Form einer flächenmäßigen Insel (1), (10), (22), (30), (45) und enthält neben den Leuchten (2), (42) alle Teile, die zum Betrieb der Leuchteinheit notwendig sind wie elektrische Verbindungen z. B. in Form von Leiterbahnen (43), eventuelle notwendige Kühlflächen in der vom Hersteller der Leuchten vorgegebenen Dimension z. B. in Form von Kupferflächen (44), weitere elektronische Bauteile z. B. eine Zenerdiode als Ausfallüberbrückung, Widerstände etc.
– Die Inseln werden mit einem gewissen Abstand gegeneinander (4) in Reihen (1, 2, 3, 4), angeordnet.
– Die Verbindung zwischen den Inseln wird in Form einer Engstelle (5), (23) ausgeführt.
– Die elektrische Verbinden von einer Insel zu nächsten wird durch diese Engstelle geführt (46).
– Die Verbindung von mehreren Reihen wird ebenfalls in Form einer Engstelle (12), (32) ausgeführt und enthält ebenfalls die notwendigen elektrischen Verbindungen, wobei die Reihen vorteilhaft derart angeordnet werden, dass sich möglichst kleine Abstände beim Übergang von einer zur nächsten Reihe ergeben, z. B. untereinander als Mäander (2) oder z. B. in Form einer Spirale (4) oder ähnliches.
– Die einzelnen Reihen werden nach der Fertigung voneinander getrennt, entlang einer gedachten Linie, die zwischen den Reihen verläuft (11), (31), die Verbindung zwischen den Reihen (12), (32) bleiben jedoch erhalten.
– Der Freiraum an den Engstellen zwischen den Inseln (4), nur bestehend aus nicht belegtem Platinenmaterial, wird ebenfalls entfernt.
– Die Inseln können in einer besonders vorteilhaften Gestaltung derart auf der Platine angeordnet werden, dass die Anordnung der einzelnen Reihen gegeneinander versetzt wird (3). Dann lassen sich z. B. unter anderem an den Rändern der Inseln noch Montagelaschen (20) mit Löchern (21) integrieren. Wenn die Engstellen genau so lange geplant werden wie die Inseln breit sind, lassen sich die Inseln derart ineinander schieben, dass beim Trennen der Reihen kein Materialverlust mehr entsteht.
– Das Trennen der einzelnen Reihen (11), (31) und das Entfernen des Freiraums (4) zwischen den Inseln kann besonders vorteilhaft in einem Arbeitsgang erledigt werden, wenn das Trennen z. B. mit einem Laser erfolgt, weil sich der Trennbereich (11), (31) mit der dazugehörigen Trennlinie (3), (24) zwangsläufig ebenso wie das sich bildende Leuchtband als eine zusammenhängende Fläche abbildet und im wesentlichen je nach Gestaltung mit viel oder wenig Abstand nur aus einer oder zwei Kantenlinien besteht.
– Ein solches, aus vielen aneinander hängenden Inseln bestehendes Leuchtband lässt sich jetzt nach Befestigung der ersten Insel auf dem Untergrund derart biegen, dass Kurven beschrieben werden können, wobei sich die Verformung bzw. Verbiegung auf die Engstelle beschränkt. Die nächste Insel lässt sich wieder plan auf der Unterlage befestigen. Gegebenenfalls kann die Engstelle auch passend geknickt werden. Somit kann mit einem solchen Band jede beliebige zu beleuchtende Fläche belegt werden, in dem das multiflexible Band wie ein Wurm verlegt und fixiert wird.
– Die Befestigung jeder Insel kann in bewährter Technik, z. B. durch Kleben oder Schrauben erfolgen.
– Bei geeigneter Dimensionierung von Größe der Insel (1) und Länge der Engstelle (5) sind Abknickungen im rechten Winkel und darüber hinaus denkbar.
– Die Inseln können zur Erhöhung der Steifigkeit auch mit Zusatzfolien, Plättchen oder anderen mechanischen Modulen verstärkt werden durch z. B. Rasten oder Kleben, zu dem Zwecke, dass die optische Ausrichtung der einzelnen Leuchten weiter verbessert oder gar individuell eingestellt werden kann.
– In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die Engstelle (5), (23) überlang ausgeführt. Damit wird erreicht, dass der Abstand zwischen jeder Insel während der Montage individuell gestaltet werden kann. Die überschüssige Länge der Engstelle wird einfach in Form eines Mäanders gefaltet und verschwindet damit zwischen den Leuchteinheiten soweit, dass sie kein optisches Hindernis mehr darstellen.
– Nicht benötigtes Leuchtband kann an der nächsten Engstelle einfach abgetrennt werden.
– Die einzelnen Leuchteinheiten können mit Hilfe der elektrischen Verbindungen unter anderem sowohl seriell als auch parallel verbunden sein.
– In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich zu allen für den Betrieb mindestens notwendigen elektrischen Verbindungen (43) eine weitere Verbindung (40) als Rückleitung mitgeführt. Dies ermöglicht es, dass ein solches Leuchtband elektrisch nur von einer Seite aus versorgt werden muss. Am anderen Ende wird lediglich das Ende der Leiterbahnen mit der Rückführung verbunden (41).
– In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die elektrischen Verbindungen innerhalb der Engstelle, vorwiegend bestehend aus Leiterbahnzügen, gleich als Kontaktstellen ausgeführt, derart, dass sie für handelsübliche Steckverbinder passend dimensioniert werden. Die Verbindung am Anfang und am Ende eines Leuchtbandes (41) brauchen jetzt nicht mehr gelötet werden. Dies kommt dem vorwiegend flexiblen Platinenmaterial sehr entgegen.
– In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung kommt eine zwei- oder mehrlagige Leiterplatte zum Einsatz, wodurch sich die Führung der elektrischen Verbindungen auch auf mehrere Lagen der Leiterplatte ausdehnen kann, was kleinere Engstellen und/oder breitere elektrische Verbindungen zulässt.
– In einer anderen besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine zweilagige Leiterplatte eingesetzt, auf deren einen Lage sich alle Leuchteinheiten mit ihren elektrischen Verbindungen sowie eventuell weitere Bauteile und auf der anderen Lage sich nur die Rückführung befindet, mit dem Vorteil dass die Platine ohne Durchkontaktierung auskommt.

1 zeigt mehre nebeneinander angeordnete Inseln mit hier jeweils 3 Leuchten:

– 1 Insel
– 2 Leuchten
– 3 Kantenlinie
– 4 Zwischenraum einer Engstelle
– 5 Engstelle zwischen zwei Inseln

2 zeigt mehrere Reihen von Leuchteinheiten untereinander als Mäander angeordnet:

– 10 Inseln
– 11 Zwischenraum als Trennbereich der einzelnen Reihen
– 13 Verbindung zwischen 2 Reihen als Engstelle ausgebildet

3 zeigt zwei versetzt angeordnete Reihen:

– 20 Montagelasche
– 21 Loch in Montagelasche
– 22 Insel
– 23 Engstelle zwischen zwei Inseln
– 24 Trennbereich der einzelnen Reihen

4 zeigt spiralförmige Reihenanordnung:

– 30 Inseln
– 31 Anstand zwischen den Reihen als gedachter Trennbereich
– 32 Verbindung zwischen Reihen – hier kürzer als bei der zeilenweise Anordnung
– 33 Rechteckige Platine

5 zeigt zwei Varianten von Leuchtbändern mit den dazugehörigen Leuchten sowie einer möglichen zusätzlichen elektrischen Verbindungen:

– 40 Mögliche zusätzliche Rückleitung
– 41 Mögliche elektrische Verbindung am Ende eines Bandes
– 42 Leuchten einer Leuchteinheit
– 43 Mindest notwendige elektrische Verbindung zwischen den Leuchteinheiten, hier in Reihenschaltung
– 44 Eventuell notwendige Kühlflächen
– 45 Insel
– 46 Durch die Engstelle geführte Verbindungen zwischen zwei Inseln

Claims

Verfahren, bei dem eine Leuchteinrichtung in Form eines flexiblen Leuchtbandes mit aneinanderhängenden Inseln als Leuchteinheiten, bei dem auch beim Biegen in der Substratebene die Achsen der Leuchteinheiten gleich bleiben und sich die Verformung auf die Engstelle beschränkt, hergestellt wird, das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen einer flexiblen Leiterplatte, – Bestücken der Leiterplatte mit mehreren Leuchteinheiten, die jeweils zumindest mindestens eine Leuchte aufweisen, und – Trennen des flexiblen Substrates entlang einer Trennlinie derart, dass – jede Leuchteinheit zusammen mit dem zugehörigen Abschnitt der Leiterplatte die Form einer Insel erhält, die neben der mindestens einen Leuchte elektrische Verbindungen enthält, die zu genau zwei Nachbarinseln führen, die entweder geradlinig oder rechtwinklig versetzt angeordnet sind, dass – die Verbindungen zwischen den Inseln in Form einer Engstelle ausgeführt sind und dass – die Inseln in dem resultierenden Leuchtband mäander- oder spiralförmig angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten in LED Technologie ausgeführt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Leiterbahnen, die zum Verbinden der einzelnen Leuchteinheiten und zum Verbinden der einzelnen Inseln notwendig sind, eine oder mehrere weitere Leiterbahnen als Rückführung mitgezogen werden, so dass am Ende eines Bandes eine Verbindung zwischen der letzen Leuchteinheit mit der Rückführung hergestellt werden kann und somit das Band nur vom anderen Ende elektrisch mit Energie versorgt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Inseln zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit vor oder nach dem Trennen des flexiblen Substrates mit einem stabileren Material verstärkt wird, entweder durch Aufkleben, Clipsen oder Aufstecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen innerhalb der Engstelle als Kontaktstellen ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstellen in Form eines Mäanders gefaltet werden, so dass der Abstand zwischen jeder Insel während der Montage individuell gestaltet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leuchtband an jeder Engstelle durch ein Abtrennen verkürzen lässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Leuchteinheiten seriell oder parallel elektrisch verschaltet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte aus mehreren Lagen besteht, so dass die Führung der elektrischen Verbindungen auf mehreren Lagen der Leiterplatte erfolgen kann, wodurch kleinere Engstellen und/oder breitere elektrische Verbindungen möglich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte aus zwei Lagen besteht, wobei sich auf einer ersten Lage alle Leuchteinheiten mit ihren elektrischen Verbindungen befinden und sich auf einer zweiten Lage nur die Rückführung befindet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Lage weitere elektrische Bauteile angeordnet sind.