DE10315417A1

DE10315417A1 - Lichtplatte und Verfahren zur Herstellung von 3D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte

Info

Publication number: DE10315417A1
Application number: DE10315417A
Authority: DE
Inventors: Frank Nuesken
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtplatte mit Leuchtelementen (4), insbesondere Leuchtdioden, die mittels Leiterbahnen (5) elektrisch verbunden sind, wobei die Lichtplatte aus transparentem thermoplastischen Material besteht, in das Leuchtelemente und Leiterbahnen eingebracht sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von 3-D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte. Dabei werden in eine thermoplastische Lichtplatte Leuchtelemente (4) eingebracht, die mit Leiterbahnen (5) verbunden sind. Die Lichtplatte wird thermisch verformt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtplatte mit Leuchtelementen, insbesondere Leuchtdioden, die mittels Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte.
Lichtplatten der genannten Art werden unter anderem zur Ausleuchtung von Hintergrundflächen wie Flächendisplays oder zur Beleuchtung von Schaufenstern, Verkaufs- und/oder Ausstellungsvitrinen eingesetzt. Die verwendeten Leuchtdioden haben gegenüber Glühlampen den Vorteil, dass sie den größten Teil der zugeführten elektrischen Energie in Licht umsetzen und somit nur wenig Wärme erzeugen. Die Lichtleistung einer einzelnen Leuchtdiode ist nicht sehr hoch, weshalb sich die Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden empfiehlt.

Aus der EP 0 900 971 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die aus einer Vielzahl von auf der Fläche einer Trägerplatte befestigten Leuchtdioden besteht, welche mit auf der Trägerplatte angebrachten Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Die Trägerplatte ist dabei als glasklare Glasplatte ausgebildet, auf der die Leiterbahnen als elektrisch leitende, dünne und unsichtbare bzw. nahezu unsichtbare Schichten aufgebracht sind. Dabei können auch beide Flächen der Glasplatte mit Leiterbahnen, Anschlüssen und/oder Leuchtdioden versehen sein.

Aus der DE 42 08 922 C1 ist weiterhin ein Flächendisplay zur Ausleuchtung von Hintergrundflächen bekannt. Dieses Display besteht aus einer aus lichtdurchlässigem Material hergestellten Leiterplatte, auf der über Leiterbahnen ansteuerbare Leuchtdioden angeordnet sind. Auf der Leiterplatte ist ein Gehäuse angeordnet, das Reflexionsflächen aufweist, wobei der von dem Gehäuse und der Leiterplatte umschlossene Raum mit einer einen Streukörper ausbildenden und Streuzentren beinhaltenden lichtdurchlässigen Vergussmasse ausgefüllt ist. Die Leiterplatte ist dabei gegen das Gehäuse mit dünnen Abstandsstegen abgestützt.

Bei den genannten Vorrichtungen handelt es sich um ebene 2-dimensionale Platten, die nur eingeschränkte Gestaltungsmöglichkeiten erlauben. Zwar lassen sich durch Kombination mehrerer Platten auch 3-dimensionale Gestaltungen erzeugen, diese sind jedoch systembedingt durch die planen Flächen der einzelnen Platten bestimmt.

Aus der DE 201 07 420 U1 ist bekannt, mit Leiterbahnen verbundene LEDs zwischen Folienschichten, welche miteinander verklebt sind, einzubetten. Die so gestalteten Folienplatinen sind gewölbt aufgespannt, so dass sich konkave und konvexe Flächen ergeben. Durch Verbindung der gewölbten Folienplatinen ist auf diese Weise eine 3-dimensionale LED-Leuchte formbar.

Die bekannte LED-Folienplatine ermöglicht die Herstellung gewölbter Flächen, wodurch der Gestaltungsraum für dreidimensionale Objekte vergrößert ist. Jedoch birgt das eingesetzte Folienmaterial den Nachteil, dass die erzeugbaren gewölbten Flächen, damit sie ihre Form behalten, mit einem entsprechenden Gerüst fixiert werden müssen. Weiterhin sind die formgebenden Möglichkeiten einer solchen Folie stark eingeschränkt. Es lassen sich lediglich Wölbungen um eine Achse erzielen, umschließende Gestaltungen sind ohne zusätzliche Trägergerüste nicht realisierbar.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtplatte mit Leuchtelementen zu schaffen, mit der die Gestaltung vielfältiger dreidimensionaler Formen ermöglicht wird, ohne dass zusätzliche Gerüste erforderlich sind. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Lichtplatte aus transparentem thermoplastischen Material besteht, in das Leuchtelemente und Leiterbahnen eingebracht sind.

Mit der Erfindung ist eine Lichtplatte geschaffen, mit der die Gestaltung vielfältiger dreidimensionaler Formen ermöglicht ist. Diese Formen weisen eine hohe Eigenstabilität auf, so dass keine zusätzlichen Gerüste erforderlich sind.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Lichtplatte aus mehreren aufeinander geschichteten und miteinander verbundenen Kunststoffplatten und in mindestens eine Kunststoffplatte Ausnehmungen eingebracht sind, die Leuchtelemente aufnehmen. Auf diese Weise sind unterschiedlichste Gestaltungen der Lichtplatte möglich. Durch die Verwendung mehrerer aufeinander geschichteter Platten ist eine Anordnung der Leuchtelemente in zweidimensionaler wie auch in dreidimensionaler Verteilung möglich. Weiterhin können auf diese Weise komplexere Parallel- und/oder Matrix-Schaltungen realisiert werden.

Vorteilhaft sind die Kunststoffplatten aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) gefertigt. Diese Thermoplaste weisen hervorragende Lichteigenschaften auf, wodurch eine kontrastreiche Darstellung von Gravuren oder ähnlichen Verzierungen bewirkt ist.

In anderer Ausbildung der Erfindung sind die Leiterbahnen leitende Schichten, die auf den Innenseiten der Kunststoffplatten aufgebracht sind. Hierdurch lassen sich die Leiterbahnen quasi unsichtbar implementieren, wodurch möglich Störungen des Designs durch die notwendigen Leiterbahnen vermieden sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Deckplatten auf ihrer Innenseite bedruckt. Hierdurch sind vielseitige optische Effekte erzielbar. Dadurch, dass der Aufdruck auf der Innenseite der Deckplatten aufgebracht ist, ist dieser zudem sehr haltbar.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Deckplatte satiniert oder strukturiert ausgebildet. Hierdurch wird das austretende Licht vielfältig gebrochen, wodurch weitere optische Effekte erzielbar sind.

Bevorzugt sind die Leiterbahnen als dünne, weiche Drähte, die eine große Längung aufweisen, ausgeführt, welche im Bereich der „neutralen Phase" etwa mittig des Lichtplattenquerschnitts geführt sind. Hierdurch ist ein Reißen oder Brechen der Leiterbahnen im Zuge einer Verformung im Bereich kleiner Biegeradien vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Leiterbahnen mittels Gewindehülsen und Stehbolzen als Zuleitungsanschlüsse zur Plattenoberfläche geführt. Hierdurch ist zugleich eine Halterungsmöglichkeit in die Platte integriert.

In Weiterbildung der Erfindung sind zusätzlich zu den Leuchtelementen weitere elektrische Baugruppen wie beispielsweise Schaltelemente in die Lichtplatten integriert. Hierdurch sind auch komplexere Lichtanimationen ermöglicht.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte zu schaffen, das es ermöglicht, ohne den Einsatz zusätzlicher Gerüste vielfältige dreidimensionale Gestaltungen zu realisieren. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine thermoplastische Lichtplatte, in die mit Leiterbahnen verbundene Leuchtelemente eingebracht sind, thermisch verformt wird.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte geschaffen, das es ermöglicht, ohne den Einsatz zusätzlicher Gerüste vielfältige, dreidimensionale Gestaltungen zu realisieren. So ist es beispielsweise möglich, Schreibtischleuchten komplett aus „einem Stück" zu formen. Das Anwendungsgebiet des Verfahrens umfasst die Herstellung von Unterwasserleuchten, Leuchten in explosionsgeschützten Bereichen sowie die Herstellung beleuchteter Waschbecken, Duschwannen oder dergleichen. Auch im Bereich des Designs bis hin zur Kunst sind viele Gestaltungsmöglichkeiten denkbar, da auch die Leiterbahnen sowie der Farbdruck in den Lichtplatten als Stilelemente nutzbar sind.

In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verformung der thermoplastischen Lichtplatte durch Vakuum-Tiefziehen. Hierdurch wird die Gestaltung von umschließenden Lichtobjekten ermöglicht.

Alternativ kann die Verformung mit allen bekannten Verfahren der thermischen Verformung von PMMA bzw. PC erfolgen, vorausgesetzt die vorgeschriebenen Grenztemperaturen der elektronischen Bauteile werden nicht überschritten.

Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 den Schnitt durch eine Lichtplatte, bestehend aus drei aufeinander geschichteten Kunststoffplatten mit eingebetteten hintereinander geschalteten Dioden;
2 den Schnitt durch eine Lichtplatte in anderer Ausbildung, bestehend aus zwei aufeinander geschichteten Kunststoffplatten;
3 den Schnitt durch eine Lichtplatte in weiterer Ausbildung, bestehend aus drei aufeinander geschichteten Kunststoffplatten mit wechselseitiger Verschaltung der Leuchtdioden;
4 den Schnitt durch eine Lichtplatte in anderer Weiterbildung, bestehend aus vier aufeinander geschichteten Kunststoffplatten mit parallel geschalteten Leuchtdioden;
5 die Draufsicht auf eine Deckplatte;
6 die Draufsicht auf eine Trägerplatte mit in Reihe geschalteten Dioden;
7 die Draufsicht auf eine Trägerplatte mit parallel geschalteten Dioden;
8 die Draufsicht auf eine Deckplatte in anderer Ausbildung;
9 die Draufsicht auf eine Lichtplatte mit parallel geschalteten Leuchtdioden;
10 die Draufsicht auf eine Lichtplatte mit parallel geschalteten Leuchtdioden und
11 ein beispielhaftes 3D-Leuchtobjekt, hergestellt aus einer erfindungsgemäßen Lichtplatte.
Die als Ausführungsbeispiel gewählte Lichtplatte gemäß 1 besteht aus drei Kunststoffplatten 1, 2, 3. Die Platten 1, 2 fungieren als Deckplatten zwischen denen eine Trägerplatte 3 angeordnet ist. Die Platten sind aus Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt. In die Trägerplatte 3 sind Ausnehmungen 31 eingebracht, in denen Leuchtdioden 4 angeordnet sind. Die Leuchtdioden 4 sind mit Kontakten 41 versehen und weisen jeweils ein Gehäuse 42 auf. Die Verbindung der Leuchtdioden 4 erfolgt über Leiterbahnen 5 in Form dünner Drähte, die zwischen der Trägerplatte 3 und der Deckplatte 2 verlaufen. Die Leuchtdioden sind durch Zinnlot mit den Drähten kontaktiert. Auf die gleiche Weise sind die Drähte 5 mit den Zuleitungsanschlüssen 6 verbunden, welche in Aufnahmen 32 der Trägerplatte 3 angeordnet sind und durch Öffnungen 21 der Deckplatte 2 hindurchtreten.
Auf der Innenfläche der Deckplatte 2 sind Aufdrucke 22 angeordnet, die mit den Ausnehmungen 31 der Trägerplatte 3 korrespondieren und die Gehäuse 42 der Leuchtdioden 4 verdecken. Gegenüber den Aufdrucken 22 der Deckplatte 2 sind auf der Deckplatte 1 Aufdrucke 11 angeordnet, die für den Lichtdurchtritt mittig einen Spalt 12 aufweisen. Die Deckplatten 1, 2 sind mit der Trägerplatte 3 durch Kleben verbunden. Die aus der Deckplatte 2 herausragenden Anschlusszuleitungen 6 sind als Stehbolzen ausgeführt und dienen so gleichzeitig als Halterung. Alterna tiv können die Zuleitungsanschlüsse 6 zur elektrischen Versorgung durch einen Rahmen abgegriffen werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Lichtplatte aus zwei Platten 1, 2 zusammengesetzt. In der Deckplatte 1, die gleichzeitig als Trägerplatte dient, sind Ausnehmungen 13 zur Aufnahme der Leuchtdioden 4 angeordnet. Die Aufdrucke 11 sind auf dem Boden der Ausnehmungen 13 zwischen Deckplatte 1 und Dioden 4 angeordnet. Vergleichbar zum Ausführungsbeispiel nach 1 sind auf der Innenfläche der Deckplatte 1 in ihrer Lage korrespondierend mit den Ausnehmungen 13 Aufdrucke 22 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die Lichtplatte vergleichbar zum Ausführungsbeispiel nach 1 aufgebaut. Sie besteht aus zwei Deckenplatten 1, 2 sowie einer dazwischen angeordneten Trägerplatte 3. In die in der Trägerplatte 3 vorgesehenen Ausnehmungen 31 sind Leuchtdioden 4 eingesetzt, die Kontakte 41 und jeweils ein Gehäuse 42 aufweisen. Auf der Innenfläche der Deckplatte 2 sind Aufdrucke 22 angeordnet, die mit den Ausnehmungen 31 der Trägerplatte 3 korrespondieren und die Gehäuse 42 der Leuchtdioden 4 verdecken. Gegenüber den Aufdrucken 22 der Deckplatte 2 sind auf der Deckplatte 1 Aufdrucke 11 angeordnet, die für den Lichtdurchtritt mittig einen Spalt 12 aufweisen. Die Aufdrucke 22 weisen ebenfalls teilweise einen Spalt 23 auf. Die Dioden 4 sind wechselseitig miteinander verschaltet. Hierbei ist jeweils eine Diode mit ihrem übernächsten Nachbarn über einen Draht 5 elektrisch verbunden. Die Drähte verlaufen beidseitig der Trägerplatte 3. Die Aufdrucke 11, 22 der Deckplatten 1, 2, sind wechselseitig mit Spalten 12, 23 versehen, durch die das Licht der Leuchtdioden 4 aus der Lichtplatte austritt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind zwischen den Deckplatten 1, 2 zwei Trägerplatten 3a, b angeordnet, welche korrespondierende Ausnehmungen 31 zur Aufnahme von Leuchtdioden 4 aufweisen. Die Leuchtdioden 4 sind über dünne Drähte 5 miteinander sowie mit den Zuleitungsanschlüssen 6 über Kontakte 41, 7 verbunden. Die Zuleitungsanschlüsse 6 sind in der Aufnahme 32 der Trägerplatte 3a angeordnet und ragen durch die Ausnehmungen 21 der Deckplatte 2. Auf den Innenflächen der Deckplatten 1, 2 sind korrespondierend mit Ausnehmungen 31 der Trägerplatten 3a, b Aufdrucke 11, 22 angeordnet, die jeweils mittig einen Spalt 12, 23 aufweisen. Durch die Spalte 12, 23 tritt das Licht der Leuchtdioden 4 beidseitig durch die Deckplatten 1, 2 hindurch. Die Deckplatten 1, 2 sowie die Trägerplatten 3a, b sind durch Kleben miteinander verbunden.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Lichtplatten werden zunächst die zur Verwendung erforderlichen Platten vorbereitet. Hierzu werden in die Deckplatten 1 und/oder 2 die Ausnehmungen 13 bzw. die Öffnungen 21 eingebracht. Sodann werden die Aufdrucke 11 und 22 an der jeweiligen Platte vorgesehen. Im Anschluss daran werden die Leuchtdioden 4 in die jeweils zu verwendenden Ausnehmungen 13 eingesetzt. Die Dioden 4 werden nach dem Einbau mit Leiterbahnen 5 in Form von Drähten miteinander verbunden. Entsprechend erfolgt bei Verwendung einer oder mehrerer Trägerplatten 3 die Anordnung der Leuchtdioden 4 in den Ausnehmungen 31. Auch hierbei sind die Dioden 4 über die leitende Verbindung 5 miteinander verbunden. Die leitende Verbindung 5 befindet sich dabei im Bereich der „neutralen Phase". Im optimalen Bereich verläuft die leitende Verbindung 5 im Ausführungsbeispiel nach den 2 und 4 genau entlang der Längsmittellinie der Lichtplatte im Querschnitt. Aber auch bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 3 befindet sich die leitende Verbindung 5 dicht an der neutralen Phase. Die Verbindung ist infolgedessen etwa mittig des Lichtplattenquerschnitts geführt.
Nach der beschriebenen Anordnung der Leuchtdioden 4 in den Platten 2 und/oder 3 werden die verwendeten Platten 1, 2, 3 miteinander verklebt. Hierdurch ist eine dichte und haltbare Verbindung der Platten miteinander hervorgerufen. Gleichzeitig sind die in den Platten angeordneten Dioden 4 unverlierbar darin gehalten. Nach dem Verkleben besteht die Möglichkeit, durch Verformung der Platten 3-dimensionale Lichtobjekte zu schaffen. Die Verformung erfolgt thermisch. Hierzu werden die verklebten Platten erwärmt und anschließend gebogen. Andere Arten der Verformung, beispielsweise durch Vakuum-Tiefziehen, sind möglich. Aufgrund der An ordnung der leitenden Verbindung 5 im Bereich der neutralen Phase ist gewährleistet, dass die Verbindung 5 beim Tiefziehen nicht reißt. Zudem besteht die Möglichkeit, Leiterbahnen 5 in Form von Drähten zu verwenden, die eine relativ große Dehnbarkeit/Längung aufweisen, um auf diese Weise zusätzlich eine Zerstörung der Leiterbahnen zu vermeiden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 11 wurde eine Lichtplatte gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 durch Vakuum-Tiefziehen thermisch verformt. Ergebnis ist eine innenbeleuchtete Schale als Beispiel für ein 3D-Leuchtobjekt, welches aus dem erfindungsgemäßen Verfahren hervorgegangen ist.

Claims

Lichtplatte mit Leuchtelementen, insbesondere Leuchtdioden, die mittels Leiterbahnen elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtplatte aus transparentem thermoplastischen Material besteht, in das Leuchtelemente (4) und Leiterbahnen (5) eingebracht sind.
Lichtplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtplatte aus mehreren aufeinander geschichteten und miteinander verbundenen Kunststoffplatten (1, 2, 3) besteht und in mindestens eine Kunststoffplatte Ausnehmungen (31) eingebracht sind, die Leuchtelemente (4) aufnehmen.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatten (1, 2, 3) aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) bestehen.
Lichtplatte nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatten (1, 2, 3) miteinander verklebt oder verschmolzen sind.
Lichtplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Deckplatten (1, 2) auf ihrer Innenseite bedruckt ist.
Lichtplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Platte (1, 2, 3) mit Gravuren versehen ist.
Lichtplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Deckplatte (1, 2) satiniert oder strukturiert ausgebildet ist.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) dünne, weiche Drähte sind, die eine große Längung aufweisen.
Lichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) leitende Schichten sind, die auf den Innenseiten der Kunststoffplatten (1, 2, 3) aufgebracht sind.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) mittels Gewindehülsen und Stehbolzen als Zuleitungsanschlüsse (6) zur Plattenoberfläche geführt sind.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen im Bereich der „neutralen Phase" etwa mittig des Lichtplattenquerschnitts geführt sind.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtelemente (4) bereichsweise parallel und/oder in Reihe verschaltet sind.
Lichtplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Leuchtelementen (4) weitere elektrische Baugruppen wie beispielsweise Schaltelemente in die Platte integriert sind.
Verfahren zur Herstellung von 3D-Leuchtobjekten aus einer Lichtplatte, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermoplastische Lichtplatte, in die mit Leiterbahnen (5) verbundene Leuchtelemente (4) eingebracht werden, thermisch verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung durch Vakuum-Tiefziehen erfolgt.