DE102012219364A1 - Verbindbare LED-Module und Verfahren zum Verbinden von LED-Modulen - Google Patents

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Abstract

Ein verbindbares LED-Modul umfasst ein allgemein ebenes Substrat mit einer Hauptfläche, wobei das Substrat eine regelmäßige konvexe vieleckige Form aufweist, wobei wenigstens eine LED auf der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist, wobei die wenigstens eine LED in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschluss-Knoten und einem zweiten Anschluss-Knoten auf der Hauptfläche des Substrates geschaltet ist, eine Mehrzahl von ersten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der ersten Anschluss-Pads elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten verbunden ist, und eine Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten verschaltet ist, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads an jeder Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates derart angeordnet sind, dass sie entlang der entsprechenden Kante aneinander grenzen, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads von gegenüberliegenden Vieleck-Kanten der Hauptfläche des Substrates in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates im umgekehrten Sinne mit Bezug aufeinander angeordnet ist. Die LED-Module können verbunden sein, um ein LED-Array mit einer Mehrzahl von verbundenen LED-Modulen bereitzustellen.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft verbindbare LED-Module und ein Verfahren zum Verbinden von LED-Modulen, als auch ein LED-Array einer Mehrzahl von verbundenen LED-Modulen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Beleuchtungseinrichtungen mit lichtemittierenden Dioden (LEDs) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Aufgrund ihres geringen Energieverbrauches, ihrer Farbe und Helligkeit und Vielseitigkeit in der Anzahl der Anwendungen besteht ein wachsender Bedarf für LED-Beleuchtungseinrichtungen. Insbesondere für Hintergrund-Beleuchtungsanwendungen, wie zum Beispiel für LED-Fernseher, Verkehrssignale bzw.- Schilder oder beleuchtete Wandtafeln für Werbezwecke oder Stimmungsbeleuchtung, werden LED-Einrichtungen in großem Maße verwendet. Um die Flexibilität der Anwendung von LED-Einrichtungen zu erhöhen, hatte man modulare LED-Baueinheiten ins Auge gefasst, welche zu größeren Array-Strukturen verbunden werden können.
  • Dokument US 2008/0170396 A1 offenbart eine lichtemittierende Einrichtung mit einem Substrat, welches zu einer sechseckigen Form ausgeschnitten wurde, und eine Mehrzahl von LEDs umfasst, welche auf dem Substrat befestigt sind, sowie Verbindungsanschlüsse einer Polarität an den Seitenkanten des Substrates.
  • Dokument US 2009/0244871 A1 offenbart Bauelemente für ein LED-Array mit passenden Anschlussblöcken und Buchsen, welche an der Seitenkante der Bauelemente angeordnet sind, welche mittels eines Kupplungselementes verbunden werden können.
  • Dokument US 2011/0309401 A1 offenbart ein Modul mit lichtemittierenden Dioden, wobei das Modul ein sechseckiges Substrat aufweist, wobei die LEDs auf dem Substrat befestigt sind, und Anschlussgruppen entsprechend Gruppen von Buchsen auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind.
  • Es gibt einen Bedarf für modulare Bauelemente mit lichtemittierenden Dioden, welche in einer einfachen, flexiblen und eindeutigen Weise verbunden werden können. Das Array, welches aus solchen Bauelementen zusammengesetzt ist, sollte hinsichtlich Array-Größe, dreidimensionaler Ausdehnung und Beleuchtungsstärke, geringer Wartungserfordernisse und Unabhängigkeit von der Art, Energieversorgung und Lichtfarbe der lichtemittierenden Dioden eine gute Skalierbarkeit haben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dementsprechend ist es ein Gedanke der vorliegenden Erfindung, ein Substrat bereitzustellen, welches eine regelmäßige vieleckige Form aufweist mit einer oder mehreren darauf befestigten lichtemittierenden Dioden. Die lichtemittierenden Dioden sind elektrisch in Reihe verschaltet. Jeder der Anschlussknoten dieser Reihenschaltung ist elektrisch mit einer Mehrzahl an Anschlussverzweigungen einer entsprechenden Polarität verbunden, welche mit ersten und zweiten Anschluss-Pads bzw. -Stellen gekoppelt sind, welche an jeweils unterschiedlichen Kanten des vieleckigen Substrats angeordnet sind. Jede der verschiedenen Kanten des vieleckigen Substrats umfasst zwei Anschluss-Pads von entgegengesetzter Polarität. Die zwei Anschluss-Pads an jeder Kante des vieleckigen Substrats sind in einer benachbarten Art und Weise zueinander entlang der Seitenkante des Substrats angeordnet. Die Reihenfolge der zwei Anschluss-Pads kann in besonderer Weise vorbestimmt sein, so dass die Reihenfolge der Anschluss-Pads gegenüberliegender Substratkanten bei einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates mit Bezug aufeinander umgekehrt ist.
  • Ein Vorteil eines solchen Modules mit lichtemittierenden Dioden ist seine Modularität. Aufgrund der Art und Weise, wie die Anschluss-Pads an den Kanten des Substrates angeordnet sind, ist es möglich, zwei oder mehr Substrat-Module wie Platten oder Kacheln eines in gekachelter Weise zusammengesetzten Arrays von Modulen mit lichtemittierenden Dioden zu verbinden. Eine solche Verbindung lässt die Konstruktion eines Netzwerks von Substrat-Modulen zu.
  • Ein besonderer Vorteil ist die Skalierbarkeit des Netzwerks bzw. Arrays: Die Größe bzw. Ausdehnung des Arrays kann zu jeder Zeit durch Hinzufügen bzw. Entfernen eines oder mehrerer der Substrat-Module erhöht bzw. verringert werden. Die Skalierbarkeit ist lediglich durch den von der Energiequelle zur Verfügung stehenden Strom und seiner Fähigkeit des Bereitstellens ausreichender Energie für die Anzahl an lichtemittierenden Dioden in dem Array der Substrat-Module begrenzt.
  • Aufgrund der modularen Eigenschaft des Arrays und der Rekursivität der Anordnung der Anschluss-Pads entlang der Seitenkanten des Arrays kann die Energiequelle an einer beliebigen begrenzenden Kante irgendeines Substrat-Modules angeschlossen werden. Überdies kann das Array der Substrat-Module in einer beliebigen gewünschten größeren Form hergestellt werden, da kein Risiko besteht, dass unbeabsichtigte Kurzschlüsse bzw. Schleifenströme zwischen den Substrat-Modulen auftreten.
  • Weiterhin werden Wartungs- und Reparatur-Kosten und -Instandhaltungen besonders gering gehalten, da die LED-Module einzeln ausgewechselt werden können, ohne die Topologie des verbleibenden LED-Arrays zu beeinflussen. Überdies beeinflusst der Ausfall bzw. Defekt eines einzelnen LED-Modules nicht die Funktionalität und Gesamt-Leistung des verbleibenden LED-Arrays in einer wesentlichen bzw. kritischen Art und Weise. Das LED-Array kann weiterhin funktionieren, bis das fehlerhafte bzw. defekte LED-Modul ersetzt ist.
  • Infolge dessen betrifft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein verbindbares LED-Modul, umfassend ein im Wesentlichen ebenes Substrat mit einer Hauptfläche, wobei das Substrat eine regelmäßige konvexe vieleckige Form aufweist, wobei wenigstens eine LED auf der Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die wenigstens eine LED in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschluss-Knoten und einem zweiten Anschluss-Knoten auf der Hauptfläche des Substrats verschaltet ist, eine Mehrzahl von ersten Anschluss-Pads, welche jeweils auf einer entsprechenden Polygon- bzw. Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates angeordnet sind, wobei die Mehrzahl der ersten Anschluss-Pads elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten verbunden ist, und einer Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads, wobei jedes an einer entsprechenden Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der zweiten Anschluss-Pads elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten verbunden ist, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads an jeder Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrats derart angeordnet sind, dass sie einander entlang der entsprechenden Kante angrenzen, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads von gegenüberliegenden Vieleck-Kanten der Hauptfläche des Substrates bei einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates herum mit Bezug aufeinander umgekehrt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspektes kann das Substrat eine regelmäßige konvexe bzw. ballige sechseckige Form bzw. eine regelmäßige konvexe achteckige Form aufweisen. Insbesondere sind sechseckige Formen bzw. Formen für eine nahtlose Kachel-Anordnung von LED-Modulen vorteilhaft. Überdies sind sechseckige Formen bzw. Formen einfach herzustellen und erfordern nur eine geringe Verdrahtung der LEDs.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes können die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads an jeder Vieleck-Kante auf einer Hälfte des Substrates die gleiche Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads aufweisen, und zwar in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates herum. Eine solche Anordnung ist insbesondere nützlich, um jegliche Kurzschlüsse zu vermeiden, unabhängig von der Anzahl der verbundenen LED-Module in einem LED-Array.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes sind die ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads wenigstens teilweise auf einer Seitenfläche des Substrats angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass benachbarte Anschluss-Pads von zu verbindenden LED-Modulen in einfacher Weise elektrisch verbunden werden können, zum Beispiel mittels Löten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes kann das LED-Modul weiterhin einen Widerstand umfassen, welcher auf der Hauptfläche des Substrats angeordnet und in Reihe mit der wenigstens einen LED verschaltet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes kann der Widerstand ein Widerstandelement mit einstellbarem Widerstandswert umfassen. Mit solch einem Widerstand kann der Widerstandswert des Widerstands an die Anzahl und Art der auf einem LED-Modul angeordneten LEDs angepasst werden. Insbesondere können verschieden-farbige LEDs unterschiedliche Nennströme aufweisen und durch Anpassen des Widerstandswerts des Widerstands kann der Gesamtstrom durch ein LED-Modul an die Anzahl und Art der verwendeten LEDs angepasst werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes kann das Substrat eine gedruckte Schaltkreisplatine bzw. PCB umfassen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspektes kann die Mehrzahl der ersten Anschluss-Pads elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten über erste leitfähige Pfade verbunden werden, und die Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads kann elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten mittels zweiter leitfähiger Pfade verbunden werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können wenigstens Teile der ersten und zweiten leitfähigen Pfade auf einer Fläche gegenüber der Hauptfläche des Substrats angeordnet werden. Dies lässt eine Platz-sparende Anordnung aller leitfähigen Elemente auf dem Substrat zu, so dass kleine modulare LED-Bauelemente bereitgestellt werden. Überdies kann der Prozentanteil an Raum, welcher durch die LEDs auf der Hauptfläche des Substrats eingenommen wird, größer sein, so dass eine höhere Leuchtstärke des LED-Arrays der verbindbaren LED-Module gegeben ist.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von LED-Modulen, umfassend die Schritte des Anordnens von wenigstens einer LED einer Hauptfläche eines im Allgemeinen ebenen Substrates, wobei das Substrat eine gleichmäßige konvexe bzw. ballige vieleckige Form aufweist, Verbinden der wenigstens einen LED in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschluss-Knoten und einem zweiten Anschluss-Knoten auf der Hauptfläche des Substrates, Bilden einer Mehrzahl von ersten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, elektrisches Verbinden der Mehrzahl der ersten Anschluss-Pads mit dem ersten Anschluss-Knoten, Bilden einer Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, und elektrisches Verbinden der Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads mit dem zweiten Anschluss-Knoten, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads an jeder Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrats entlang der entsprechenden Kante in angrenzender Weise angeordnet sind, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads gegenüberliegender Vieleck-Kanten der Hauptfläche des Substrats in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrats herum mit Bezug zueinander umgekehrt ist.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein LED-Array verbundener LED-Module, wobei das LED-Array eine Mehrzahl von verbundenen LED-Modulen gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei ein erstes LED-Modul an einer benachbarten Kante des Substrats entlang einer benachbarten Kante des Substrats eines zweiten LED-Moduls ausgerichtet ist, und wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads an den benachbarten Kanten der ersten und zweiten LED-Module elektrisch verbunden sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspektes können die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads mittels eines Lötpunktes verbunden sein. Dies gestattet in vorteilhafter Weise eine nahtlose Verbindung von LED-Modulen und vermeidet die Verwendung von zusätzlichen Verbindungselementen, wie zum Beispiel Verbindungs-Stecker oder -Überbrückungselemente.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspektes können die Ausdehnungsebenen der Substrate von benachbarten LED-Modulen mit Bezug aufeinander um einen Winkel geneigt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspektes kann der Winkel einen Wert zwischen 30° und 50° aufweisen, insbesondere zwischen 35° und 45°, insbesondere zwischen 38° und 42°, insbesondere 37,5° oder 41,8°.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die begleitenden Zeichnungen sollen einem weitergehenden Verständnis der Offenbarung dienen. Sie zeigen Ausführungsformen und können helfen, die Grundgedanken der Erfindung in Verbindung mit der Beschreibung zu erläutern. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile, vorgesehenen Prinzipien und Funktionalitäten werden bevorzugt, wenn sie mit Bezug auf die detaillierte Beschreibung wie im Folgenden besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu. Allgemein bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechend ähnliche Teile.
  • 1 zeigt schematisch ein LED-Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch ein weiteres LED-Modul gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt schematisch ein Verdrahtungsschema eines LED-Modules gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt schematisch ein LED-Array von verbundenen LED-Modulen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt schematisch ein weiteres LED-Array von verbundenen LED-Modulen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbinden von LED-Modulen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, wobei in diesen bestimmte Ausführungsformen dargestellt sind. Es ist offensichtlich, dass weitere Ausführungsformen verwendet werden und strukturelle bzw. logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Falls nicht in besonderer Weise darauf hingewiesen wird, können Funktionen, Prinzipien und Details jeder Ausführungsform mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Allgemein soll diese Anmeldung beliebige Umsetzungen oder Variationen der hierin diskutierten besonderen Ausführungsformen abdecken. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinn verstanden werden, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • Im Folgenden wird ebenso Bezug genommen auf Verfahren und Verfahrensschritte, welche schematisch und beispielhaft in Flussdiagrammen und Blockdiagrammen dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass die in Verbindung mit den darstellenden Zeichnungen beschriebenen Verfahren in einfacher Weise durch Ausführungsformen der Systeme, Vorrichtungen und/oder Geräte gleichermaßen ausgeführt werden können. Insbesondere sollte offensichtlich sein, dass die Systeme, Vorrichtungen und/oder Geräte, welche in der Lage sind, die detaillierten Blockdiagramme und/oder Flussdiagramme auszuführen, nicht notwendigerweise auf die Systeme, Vorrichtungen und/oder Geräte beschränkt sind, welche im Folgenden detailliert dargestellt sind, sondern können vielmehr unterschiedliche Systeme, Vorrichtungen und/oder Geräte sein. Die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter”, usw. werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet, und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Gegenstände stellen oder eine bestimmte Reihenfolge der Bedeutung ihrer Gegenstände herstellen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Modules 10, sowohl als Draufsicht (a) als auch als Abschnittsansicht (b) entlang der Abschnittslinie A-A', wie in 1(a) angedeutet ist. Das LED-Modul 10 umfasst ein allgemein ebenes Substrat 13 mit einer Hauptfläche, wobei das Substrat 13 eine regelmäßige konvexe Vieleck-Form aufweist, beispielsweise eine gleichmäßige konvexe sechseckige Form bzw. eine gleichmäßige konvexe achteckige Form. Eine beliebige andere Form des Substrats 13 kann ebenso möglich sein, insbesondere Formen mit einer geraden Anzahl an Kanten. Eine beispielhafte achteckige Form für das Substrat 13 ist beispielhaft in 2 dargestellt.
  • Das Substrat 13 kann beispielsweise eine gedruckte Schaltkreisplatine (PCB) umfassen, welche in der gewünschten vieleckigen, d. h. polygonalen, Form ausgeschnitten ist.
  • Das LED-Modul 10 kann wenigstens eine auf der Hauptfläche des Substrats 13 angeordnete LED 3 umfassen, wobei die wenigstens eine LED 3 elektrisch in einer Reihen-Anordnung 5 zwischen einem ersten Anschluss-Knoten 14 und einem zweiten Anschluss-Knoten 15 auf der Hauptfläche des Substrats 13 verschaltet ist. Die Anzahl und Art an LEDs 3 kann entsprechend der gewünschten Beleuchtungseigenschaften ausgewählt werden. In 1 sind vier LEDs 3 als ein Beispiel dargestellt, jedoch ist jede andere beliebige Anzahl an LEDs 3 ebenso möglich. Die Anordnung der LEDs 3 auf dem Substrat 13 bzw. ihre entsprechende Anordnung mit Bezug aufeinander kann in Abhängigkeit der Art bzw. Anzahl der LEDs oder mit Bezug auf die gewünschten Beleuchtungseigenschaften des LED-Modules 10 ausgewählt werden. Beispielsweise können die LEDs 3 symmetrisch um die Mitte der Vieleck-Form des Substrates 13 angeordnet werden, um eine gleichförmige und gleichmäßig verteilte Lichtabstrahlung zu erzielen.
  • Das LED-Modul 10 umfasst eine Mehrzahl erster Anschluss-Pads 1, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante 11 bzw. 12 der Hauptfläche des Substrats 13 angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an ersten Anschluss-Pads 1 elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten 14 verbunden ist. Analog umfasst das LED-Modul 10 eine Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads 2, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante 11 bzw. 12 der Hauptfläche des Substrats 13 angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads 2 elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten 15 verbunden ist. Die elektrische Verwendung zwischen den ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 sowie die entsprechenden Anschluss-Knoten 14 und 15 können im jeweiligen Fall jeweils durch elektrisch leitfähige Pfade bzw. Verdrahtungen 6 und 7 umgesetzt werden, welche auf der Hauptfläche des Substrats 13 angeordnet sind. Alternativ bzw. zusätzlich kann es ebenso möglich sein, leitfähige Pfade bzw. Verdrahtungen 8 und 9 auf der Fläche gegenüber der Hauptfläche des Substrates 13 bereitzustellen, wie in 1(b) beispielhaft dargestellt ist. Die leitfähigen Pfade 8 und 9 können beispielsweise entlang der unteren Fläche des Substrates 13 geführt werden und mit den Elementen auf der Hauptfläche des Substrates 13 mittels Durchgangslöchern oder Durchgangskontaktierungen im Substrat 13 verbunden werden. Durch Bereitstellen leitfähiger Pfade 8 und 9 auf der Rückseite bzw. unteren Seite des Substrates 13 kann das LED-Modul 10 auf eine kompaktere Weise umgesetzt werden, was einen größeren Prozentanteil der Hauptfläche des Substrates 13 durch die LEDs 3 bedeckt lässt, was zu einer höheren Beleuchtungskapazität pro Einheitsfläche führt.
  • Die entsprechenden ersten Anschluss-Pads 1 und zweiten Anschluss-Pads 2 an jeder Vieleck-Kante 11 und 12 der Hauptfläche des Substrates 13 sind entlang der entsprechenden Kante einander angrenzend angeordnet, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 gegenüberliegender Vieleck-Kanten 11 und 12 der Hauptfläche des Substrates 13 in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates 13 herum mit Bezug zueinander umgekehrt ist. Mit anderen Worten, die entsprechenden Vieleck-Kanten des Substrates 13 von kongruenten und benachbarten LED-Modulen 10, welche einander kontaktieren, umfassen entsprechende erste und zweite Anschluss-Pads 1 und 2, welche gegenüber ihrer entsprechenden Gegenstücke liegen, das heißt der ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 der gleichen Polarität.
  • Die ersten Anschluss-Pads 1 und die zweiten Anschluss-Pads 2 können als Anschluss-Pads von entgegengesetzter Polarität ausgebildet sein – beispielsweise können die ersten Anschluss-Pads 1 ausgebildet sein, um mit einem positiven Potential einer Energieversorgung verbunden zu werden und tragen somit eine positive Polarität, wohingegen die zweiten Anschluss-Pads 2 ausgebildet sein können, um mit einem negativen Potential der Energieversorgung verbunden zu werden und somit eine negative Polarität tragen. Daher kann eine Energieversorgung, welche über die ersten Anschluss-Pads 1 und zweiten Anschluss-Pads 2 verbunden ist, eine Spannung über die Reihen-Verbindung der LEDs 3 bereitstellen, so dass ein Strom die Reihenschaltung der LEDs 3 durchlaufen kann, so dass die LEDs 3 aufleuchten.
  • Die ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 können beispielsweise metallische Pads sein, welche eine Kopplungsfläche auf der Hauptfläche des Substrates 13 abdecken. Es kann außerdem möglich sein, die ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 wenigstens teilweise an der Kante des Substrates 13 auszubilden, wobei die Kante senkrecht zu der Hauptfläche des Substrates 13 ist, das heißt die ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 können wenigstens teilweise an einer Seitenfläche des Substrates 13 angeordnet sein. Auf diese Weise können Anschluss-Pads 1 und 2 von benachbarten LED-Modulen 10 elektrisch miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn die LED-Module 10 durch Berühren der entsprechenden Kanten der Vieleck-Kanten des Substrates 13 verbunden werden.
  • Wie in 1(a) dargestellt ist, weisen die entsprechenden ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 an einer jeweiligen Vieleck-Kante einer Hälfte des Substrates 13 die gleiche Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 auf, und zwar in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates 13 herum. Beispielsweise weisen alle Vieleck-Kanten, welche mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet sind, die ersten Anschluss-Pads 1 auf, welche in einer Reihenfolge vor den zweiten Anschluss-Pads 2 kommen, und zwar in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates 13 herum. Im Gegensatz dazu, weisen die Vieleck-Kanten, welche mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet sind, die zweiten Anschluss-Pads 2 auf, welche in der Reihenfolge vor den ersten Anschluss-Pads 1 kommen, und zwar in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrats 13 herum. Die Vieleck-Kanten 11 liegen auf einer Hälfte des Substrates 13, wohingegen die Vieleck-Kanten 12 auf der anderen Hälfte des Substrates 13 liegen. Mit einer solchen Anordnung der Anschluss-Pads 1 und 2 kann bei Verbindung zweier LED-Module 10 ein eindeutiger, d. h. unverwechselbarer Verbindungsmechanismus garantiert werden.
  • Wie in 1(a) mit der gestrichelten Linie angedeutet ist, kann ein zweites LED-Modul 10', welches die gleichen Merkmale aufweist und kongruent zu dem LED-Modul 10 ist, in einer angrenzenden Weise zu dem LED-Modul 10 angeordnet werden, so dass die entsprechenden Anschluss-Pads 1 oder 2 der gleichen Polarität sich gegenüberstehen. Unabhängig davon, wo ein solches zweites LED-Modul 10' an der Begrenzung des LED-Modules 10 angeordnet ist, in jedem Fall liegen die Anschluss-Pads 1 oder 2 mit gleicher Polarität nebeneinander. Auf diese Weise ist es unmöglich, in unbeabsichtigter Weise, Kurzschlüsse zu erzeugen, welche bei Betrieb der LED-Module 10 und 10' die Funktionalität bzw. Betriebssicherheit der LED-Module 10 und 10' gefährden können.
  • Das LED-Modul 10 kann ebenso einen Widerstand 4 umfassen, welcher auf der Hauptfläche des Substrates 13 angeordnet und elektrisch in Reihe mit wenigstens einer LED 3 verbunden ist. Ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer beispielhaften Art und Weise des elektrischen Verbindens der Elemente auf der Hauptfläche des Substrates 13 des LED-Modules 10 ist in 3 dargestellt. Der Widerstand 4 und die LEDs 3 sind mittels einer Reihen-Schaltung 5 zwischen den Anschluss-Knoten 14 und 15 verbunden. Bei den Anschluss-Knoten 14 und 15 verzweigen die leitfähigen Pfade jeweils in einer Anzahl von Anschluss-Pads 1 und 2, wobei die Gesamtzahl davon von der Vieleck-Form des Substrates 13 abhängt, das heißt der Anzahl an Vieleck-Kanten.
  • Der Widerstand 4 kann beispielsweise ein Widerstandselement mit einem einstellbaren Widerstandswert umfassen. In diesem Fall kann der Widerstandswert auf den Nennstrom der LEDs 3 eingestellt werden, welcher von ihrer Art und Anzahl abhängig sein kann. Beispielsweise können farbige LEDs 3 anstelle von weißen LEDs 3 verwendet werden, für welche der erforderliche Betriebsstrom unterschiedlich ist. Der Widerstand 4 mit einem einstellbaren Widerstandswert kann verwendet werden, um die Gesamtstrom-Anforderungen des LED-Modules 10 an die Strom-Anforderungen anderer LED-Module 10 mit einer unterschiedlichen Anzahl und/oder Art von LEDs 3 anzupassen.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung verbundener LED-Module zu einem LED-Array 20. Das LED-Array 20 umfasst eine Mehrzahl von verbundenen LED-Modulen, beispielsweise LED-Module 10, wie sie in Verbindung mit 1 bis 3 erläutert worden sind. Ein erstes LED-Modul 10 ist mit einer benachbarten Kante des Substrates 13 entlang einer benachbarten Kante des Substrates 13 eines zweiten LED-Modules 10 ausgerichtet, so dass die entsprechenden ersten Anschluss-Pads 1 und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads 2 an den benachbarten Kanten der ersten und zweiten LED-Module 10 elektrisch verbunden sind.
  • Die entsprechenden ersten Anschluss-Pads 1 und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads 2 können beispielsweise in jedem Fall mittels eines Lötpunktes 21 verbunden werden, wie in 5 dargestellt ist. Überdies kann, wie in 5 gezeigt ist, die Verwendung eines Lötpunktes 21 bevorzugt sein, wenn die Anschluss-Pads 1 und 2 wenigstens teilweise an der Seitenfläche des Substrates 13 angeordnet sind. Alternativ kann es ebenso möglich sein, andere elektrische Verbindungsmittel zu verwenden, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, elektrisch leitfähige Drähte und Überbrückungsverbinder oder -Stecker.
  • Die Ausdehnungsebenen der Substrate 13 benachbarter LED-Module 10 können um einen Winkel β mit Bezug zueinander geneigt sein. Aus Gründen der Klarheit ist in 5 der Winkel 180°-β gezeigt. Der Winkel β kann beispielsweise einen Wert zwischen 30° und 50° aufweisen, insbesondere zwischen 35° und 45°, insbesondere zwischen 38° und 42°, insbesondere 37,4° oder 41,8°. Durch Bereitstellen gewinkelter bzw. gebogener LED-Arrays 20 ist es möglich, dreidimensionale LED-Arrays 20 zu erzeugen, entsprechend den Bedürfnissen und Wünschen des Nutzers der LED-Module 10.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 30 zum Verbinden von LED-Modulen. Insbesondere kann das Verfahren 30 die LED-Module verwenden, wie sie beispielhaft in Verbindung mit 1 bis 5 gezeigt und erläutert sind. Das Verfahren 30 kann beispielsweise verwendet werden, um LED-Arrays 20 zu erzeugen, welche eine Mehrzahl von LED-Modulen 10 umfassen, wie in 4 und 5 gezeigt ist.
  • In einem ersten Schritt 31 wird wenigstens eine LED 3 auf einer Hauptfläche eines im Allgemeinen ebenen Substrates 31 angeordnet, wobei das Substrat 13 eine regelmäßige konvexe vieleckige bzw. polygonale Form aufweist, beispielsweise eine gleichmäßige sechseckige oder achteckige Form. Eine beliebige andere Form des Substrates 13 kann ebenso möglich sein, insbesondere Formen mit einer geraden Anzahl an Kanten. Die Anordnung der LEDs 3 auf dem Substrat 13 bzw. ihre entsprechende Anordnung mit Bezug zueinander kann in Abhängigkeit ihrer Art bzw. Anzahl der LEDs oder mit Bezug auf die gewünschten Lichteigenschaften des LED-Modules 10 ausgewählt werden.
  • In einem zweiten Schritt 32 wird die wenigstens eine LED 3 elektrisch in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschluss-Knoten 14 und einem zweiten Anschluss-Knoten 15 auf der Hauptfläche des Substrates 13 verschaltet. Die Reihen-Anordnung kann ein Bilden leitfähiger Pfade auf dem Substrat 13 umfassen, wobei die LEDs 3 in Reihe zwischen den Anschluss-Knoten 14 und 15 geschaltet werden. Die leitfähigen Pfade können auf dem Substrat 13 vorgefertigt sein, beispielsweise als vorgefertigte metallische Strukturen auf dem Substrat 13. Es kann ebenso möglich sein, Verdrahtungsstrukturen bereitzustellen, nachdem die LEDs 3 auf dem Substrat angeordnet sind.
  • In einem dritten Schritt 33 kann eine Mehrzahl erster Anschluss-Pads 1 gebildet werden, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante 11 oder 12 der Hauptfläche des Substrats 13 angeordnet ist. In einem vierten Schritt 34 kann die Mehrzahl der ersten Anschluss-Pads 1 elektrisch mit den ersten Anschluss-Knoten 14 verbunden werden. Analog kann in einem fünften und sechsten Schritt 35 und 36 eine Mehrzahl zweiter Anschluss-Pads 2 gebildet werden, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Vieleck-Kante 11 und 12 der Hauptfläche des Substrates 13 angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der zweiten Anschluss-Pads 2 elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten 15 verbunden ist. Die ersten Anschluss-Pads 1 und zweiten Anschluss-Pads 2 können als Anschluss-Pads entgegengesetzter Polarität ausgebildet sein – beispielsweise können die ersten Anschluss-Pads 1 ausgebildet sein, um mit einem positiven Potential einer Energieversorgung verbunden zu werden und somit eine positive Polarität tragen, wohingegen die zweiten Anschluss-Pads 2 ausgebildet sein können, um mit einem negativen Potential der Energieversorgung verbunden zu werden und somit eine negative Polarität tragen. Daher kann eine Energieversorgung, welche über die ersten Anschluss-Pads 1 und die zweiten Anschluss-Pads 2 angeschlossen ist, eine Spannung an der Reihen-Verbindung der LEDs 3 bereitstellen, so dass ein Strom die Reihen-Verbindung der LEDs 3 durchlaufen kann, so dass die LEDs 3 aufleuchten.
  • Die ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 können beispielsweise metallische Pads sein, welche eine Kupplungsfläche auf der Hauptfläche des Substrates 13 abdecken. Es kann ebenso möglich sein, die ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 wenigstens teilweise an der Kante des Substrats 13 auszubilden, wobei die Kante senkrecht zu der Hauptfläche des Substrats 13 ist. Auf diese Weise können die Anschluss-Pads 1 und 2 benachbarter LED-Module 10 in elektrischen Kontakt gebracht werden, wenn die LED-Module 10 durch Berühren der entsprechenden Kanten der Vieleck-Kanten des Substrats 13 verbunden werden.
  • Die entsprechenden ersten Anschluss-Pads 1 und zweiten Anschluss-Pads 2 an jeder Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrats 13 sind in angrenzender Weise entlang der entsprechenden Kante angeordnet, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 gegenüberliegender Vieleck-Kanten der Hauptfläche des Substrates in einer Richtung im Uhrzeigersinn (oder alternativ entgegen dem Uhrzeigersinn) um die Kanten des Substrats 13 herum mit Bezug zueinander umgekehrt angeordnet ist. Mit anderen Worten, die entsprechenden Vieleck-Kanten des Substrates 13 kongruenter und benachbarter sich kontaktierender LED-Module 10 umfassen entsprechende erste und zweite Anschluss-Pads 1 und 2, welche gegenüber ihrer entsprechenden Gegenstücke der ersten und zweiten Anschluss-Pads 1 und 2 der gleichen Polarität liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2008/0170396 A1 [0003]
    • US 2009/0244871 A1 [0004]
    • US 2011/0309401 A1 [0005]

Claims (13)

  1. Verbindbares Modul (10) mit lichtemittierenden Dioden, LED, umfassend: Ein allgemein ebenes Substrat (13) mit einer Hauptfläche, wobei das Substrat (13) eine gleichmäßige konvexe vieleckige Form aufweist; wenigstens eine auf der Hauptfläche des Substrates (13) angeordnete LED (3), wobei die wenigstens eine LED (3) in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschlussknoten (14) und einem Anschlussknoten (15) auf der Hauptfläche des Substrates (13) geschaltet ist; eine Mehrzahl von ersten Anschluss-Pads (1), wobei jedes Pad an einer entsprechenden Kante (11; 12) des Vielecks der Hauptfläche des Substrats (13) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an ersten Anschluss-Pads (1) elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten (14) verbunden ist; und eine Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads (2), wobei jedes Pad an einer entsprechenden Kante (11; 12) des Vielecks der Hauptfläche des Substrats (13) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads (2) elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten (15) verbunden ist, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads (1) und die zweiten Anschluss-Pads (2) an jeder Kante (11; 12) des Vielecks der Hauptfläche des Substrates (13) derart angeordnet sind, dass sie aneinander entlang der entsprechenden Kante angrenzen, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads (1; 2) von gegenüberliegenden Kanten (11; 12) des Vielecks der Hauptfläche des Substrats (13) umgekehrt mit Bezug zueinander ist, und zwar bei einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates (13) herum.
  2. LED-Modul (10) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (13) eine gleichmäßige konvexe sechseckige Form oder eine gleichmäßige konvexe achteckige Form aufweist.
  3. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads (1) und zweiten Anschluss-Pads (2) an jeder Vieleck-Kante (11; 12) auf einer Hälfte des Substrats (13) die gleiche Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads (1; 2) aufweisen, und zwar bei einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrates (13) herum.
  4. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Anschluss-Pads (1) und zweiten Anschluss-Pads (2) wenigstens teilweise auf einer Seitenfläche des Substrates (13) angeordnet sind.
  5. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: Einen Widerstand (4), welcher auf der Hauptfläche des Substrats (13) angeordnet und in Reihe mit wenigstens einer LED (3) geschaltet ist.
  6. LED-Modul (10) nach Anspruch 5, wobei der Widerstand (4) ein Widerstand-Element mit einem einstellbaren Widerstandswert umfasst.
  7. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat (13) eine gedruckte Schaltkreisplatine, PCB, umfasst.
  8. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mehrzahl an ersten Anschluss-Pads (1) elektrisch mit dem ersten Anschluss-Knoten (14) mittels erster Leitpfade (7) verbunden ist, und die Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads (2) elektrisch mit dem zweiten Anschluss-Knoten (15) mittels zweiter Leitpfade verbunden ist, und wobei wenigstens Teile (8, 9) der ersten und zweiten Leitpfade (6, 7) auf einer Fläche gegenüber der Hauptfläche des Substrats (13) angeordnet sind.
  9. LED-Array (20), umfassend: Eine Mehrzahl verbindbarer LED-Module (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein erstes LED-Modul (10) mit einer angrenzenden Kante des Substrates (13) entlang einer angrenzenden Kante des Substrates (13) eines zweiten LED-Modules (10) ausgerichtet ist, und wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads (1) und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads (2) an den angrenzenden Kanten der ersten und zweiten LED-Module (10) elektrisch verbunden sind.
  10. LED-Array (20) nach Anspruch 9, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads (1) und die entsprechenden zweiten Anschluss-Pads (2) durch einen Lötpunkt (21) verbunden sind.
  11. LED-Array (20) nach Anspruch 10, wobei die Ausdehnungsebenen der Substrate (13) der angrenzenden LED-Module (10) um einen Winkel (β) gegeneinander geneigt sind.
  12. LED-Array (20) nach Anspruch 11, wobei der Winkel (β) einen Wert zwischen 30° und 50° aufweist, insbesondere zwischen 35° und 45°, insbesondere zwischen 38° und 42°, insbesondere 37,4° oder 41,8°.
  13. Verfahren (30) zum Verbinden von Modulen (10) mit lichtemittierenden Dioden, LED, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen (31) wenigstens einer LED (3) auf einer Hauptfläche eines allgemein ebenen Substrates, wobei das Substrat eine gleichmäßige konvexe Vieleck-Form aufweist; Verbinden (32) der wenigstens einen LED (3) in einer Reihen-Anordnung zwischen einem ersten Anschluss-Knoten und einem zweiten Anschluss-Knoten auf der Hauptfläche des Substrates; Bilden (32) einer Mehrzahl von ersten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Ecke des Vielecks der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist; elektrisches Verbinden (34) der Mehrzahl an ersten Anschluss-Pads mit dem ersten Anschluss-Knoten; Bilden (35) einer Mehrzahl von zweiten Anschluss-Pads, wobei jedes Pad an einer entsprechenden Kante des Vielecks der Hauptfläche des Substrates angeordnet ist; und elektrisches Verbinden (36) der Mehrzahl an zweiten Anschluss-Pads mit dem zweiten Anschluss-Knoten, wobei die entsprechenden ersten Anschluss-Pads und zweiten Anschluss-Pads an jeder Vieleck-Kante der Hauptfläche des Substrates derart angeordnet sind, dass sie entlang der entsprechenden Kante aneinander angrenzen, so dass die Reihenfolge der ersten und zweiten Anschluss-Pads der gegenüberliegenden Vieleck-Kanten der Hauptfläche des Substrates bei einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Kanten des Substrats im umgekehrten Sinn zueinander angeordnet ist.
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