WO2007147278A2 - Led-lichtquelle und verfahren - Google Patents

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WO2007147278A2
WO2007147278A2 PCT/CH2007/000303 CH2007000303W WO2007147278A2 WO 2007147278 A2 WO2007147278 A2 WO 2007147278A2 CH 2007000303 W CH2007000303 W CH 2007000303W WO 2007147278 A2 WO2007147278 A2 WO 2007147278A2
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led
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Gerhard Staufert
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Gerhard Staufert
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/189—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components characterised by the use of a flexible or folded printed circuit

Definitions

  • the invention relates to an LED light source having at least one light emitting diode (LED) and methods for arranging and interconnecting such LED light sources to any, jointly electrically contactable composite.
  • LED light emitting diode
  • the object of the present invention is to provide flat LED light sources that can be installed in large planar elements and - at least in sections - can be electrically contacted together.
  • planar element is very broad in the context of the present invention. It includes, in incomplete list, for example, all flexible sheetlike elements such as carpets, flat fabrics such as tarpaulins, all other types of textiles, leather, coverings such as linoleum or rubbery floor coverings, all other flexible plastic coverings, but also coverings based on paper such as wallpapers. It also includes rigid sheet-like elements such as slabs or elongated narrow elements such as wood tarpaulin straps or strip-like elements made of plastic, metal, cardboard, plasterboard, stone, etc.
  • Flat LED light source means in the context of the present invention, that the LED light source is at least partially installed in a corresponding opening of the sheet-like element that its light-emitting side does not protrude from a visible front surface of the sheet-like element. It also means that parts of the LED light source which at most protrude from the rear surface of the sheet-like element, are usually only fractions of a millimeter, for example 0.05 to 0.2 mm thick. In some cases, for example in the case of free-bearing planar elements, however, such parts projecting from the rear surface can also be 1 mm or even a few millimeters thick.
  • a floor covering means flat in the sense of the present invention that the LED light source so in an upper floor -.
  • a plastic covering, a parquet or tiled floor, etc. - can be installed, firstly that the flooring does not tower above and secondly any existing parts of the LED light source, which come to rest between the floor and the floor, so flat are that they can be installed without recesses in the subfloor, between the floor covering and the subfloor, without this applying, so it is visible on the top of the flooring.
  • this requirement with respect to flatness also applies to the electrical contacting of the LED light sources necessary electrical conductors, it will be used band-like conductors.
  • the conductors are only band-like in the area of the LED light sources, in which case there is a connection between the band-like sections by means of strand-like conductors with a small cross-section.
  • the electrical connection of such extremely flat conductors with the LED light source is as simple as possible. This means that For example, not with whatever kind, plug contacts must be handled, or no soldering process must be performed, in which the inventive LED light source relative to electrical conductors to the millimeter, or even to tenths of a millimeter to position accurately.
  • the locations where LED light sources can be installed in the planar element must not be predetermined by the length of any given electrical connections between subsequent LED light sources. Often a large distance of up to several meters between the LED light sources must be observed. In these cases, large position tolerances of up to many cm must be permitted for the installation locations. In many cases, it is also desirable that irregular distances, and this with large tolerances, are feasible. In sum, this means that it is possible to use the LED light sources anywhere in the planar element and connect in a simple, economical way subsequently electrically connected to each other.
  • LED light source in addition high.
  • mechanical strength the LED light source, when installed, withstands a pure pressure load of at least 10 N / mm 2 and resists a roll-over test which simulates multiple overtravel, for example with a mini-bar in trains.
  • tightness the LED light source is at least IP35 better but EP46 or higher.
  • the LED light source at least for marking purposes, to be used in public transport such as buses, trains, ships and aircraft, is - especially in aircraft - on a high protection against flammability - A -
  • JP2003210308 luminous floor coverings of automobiles are shown at some points.
  • the structure consists essentially of a large circuit board on the so-called SMD LED are applied. Above this, a carpet is fixed, which has through holes at corresponding points.
  • the present invention describes a surprisingly simple approach with all properties can be achieved in a simple manner.
  • the first starting point and fundamentally new key to the solution of the problem is the idea of the electrical connection of the LED light sources described below with the help of thin, ie usually less than 0.1 mm thick metal bands, ie, for example, with - tinned or a solder-type compound coated - copper or aluminum bands perform, which are possibly coated with an electrically conductive adhesive.
  • metal bands are offered by different manufacturers, for example by the company 3M, usually for the purpose of shielding electrical fields on the market.
  • Such metal strips coated with electrically conductive adhesive always produce a secure electrical connection if a sufficiently large adhesive surface is present.
  • this adhesive surface must be of the order of at least 0.1 cm 2 , better 0.5 cm 2 and preferably 1 cm 2 and more, so that an electrical contact with reproducible resistance results.
  • metal strips with an electrically conductive adhesive it is also possible to use metal strips coated with non-electrically conductive adhesive without an electrically conductive adhesive.
  • electrically conductive adhesive which is very inexpensive, preferably at room temperature, but at least at temperatures below 80 0 C hardens and for which a relatively high electrical resistance of up to 50 ⁇ / cm is allowed. Of course, the resistance may also be much smaller. Even with such adhesives, a reproducible resistance of the bond sets only at areas of at least 0.1 cm, better 0.5 cm and preferably 1 cm 2 and more.
  • a simple and quick soldering of a metal strip without electrically conductive adhesive with the LED light source according to the invention is suitable.
  • Simple and rapid soldering in the sense of the present invention means that the soldering - if desired - by means of a very simple hand tool within a few seconds, so for example within 1 to 5 seconds happens.
  • Simple means further that it is not essential that the oversized contact surfaces are completely soldered, but that it is sufficient if some island-like good solder joints are present.
  • the soldering advantageously takes place in such a way that work is carried out without applying additional solder, but the two parts to be soldered are merely pressed onto one another and heated for a short time.
  • solder tin or with a solder-type compound referred to below as solder.
  • the total thickness of the existing tin layer should be for this example between 2 and 20 microns. A thicker layer of tin or solder does not bother, but is not useful.
  • soldering example with a glued on a carpet backing metal strip must be done so quickly, ie within, for example, 1 to 5 seconds, happen that the example said carpet backing is not damaged.
  • the present invention provides, as a significant innovation, therefore shapely, flat, flameproof and dense LED light sources available to the environment, ie towards the mentioned metal bands, with respect to commercially available LED far oversized contact surfaces whose surface is at least 0.1 cm 2 , better 0.5 cm 2 and preferably 1 cm 2 to a few cm.
  • commercially available SMD LED are applied to a generally thin, ie 0.05 to 0.2 mm thick, printed circuit board, which has the erf ⁇ ndungsgefflessen oversized contact surfaces to the outside, these oversized contact surfaces of course with contact surfaces for soldering or gluing the SMD LED used, for example, are in electrical connection.
  • said circuit board may also be 1 mm or even a few millimeters thick. It can also be used other types of LED, such as the light-emitting semiconductor itself, or so-called “Throug Hole LED” or LED in their construction correspond to the "powerLED EOS” of the Austrian company Tridonic. But it is also possible instead of the previously mentioned LED on inorganic base such on an organic basis, so-called “Organic Light Emitting Diodes (OLED)" use.
  • LED Organic Light Emitting Diodes
  • An additional advantage of the oversized contact surfaces according to the invention is the fact that they are firstly so large, ie at least 0.1 cm, better 0.5 cm and preferably 1 cm 2 to a few cm 2 large and secondly mechanically stable, ie pressure loads of at least 10 N / mm 2 can withstand that after gluing or soldering on the rear surface of the sheet element in which the LED light source is installed, they guarantee a permanently secure mechanical connection.
  • the second starting point for the solution of the problem is the fact that can be built with LED as a light-emitting element flat, flameproof and dense LED light sources that meet the requirements in every respect.
  • essentially commercially available SMD LEDs sometimes called chip LEDs
  • inaccurate LED dies ie directly the semiconductor component
  • the usual sizes of the SMD LED range from 0.8x1.6x0.4 mm to 3.5x2.8x2.1 mm. It is also possible to use instead of SMD LED directly unpackaged LED chip, so the semiconductor devices, in which case a maximum space requirement of 1 mm diameter is needed.
  • LEDs can also be used, such as so-called “through hole LEDs” or LEDs, which in their design correspond to the "powerLED EOS” of the Austrian company Tridonic.
  • LEDs which in their design correspond to the "powerLED EOS” of the Austrian company Tridonic.
  • OLED Organic Light Emitting Diodes
  • a protective component is arranged around the at least one LED, which may, for example, have the following shapes: that of a pipe section, or that of a ring-like element of any suitable cross-section and any peripheral shape, or that of a non-transparent plate-like element of any peripheral shape, with at least one through hole in which the at least one LED is placed, or that of a transparent plate-like element with any Circumferential shape, for example, with at least one blind hole-like recess for the arrangement of the at least one LED, - or that of a different type again element with corresponding properties.
  • this protective component will be referred to as a protective element and its at least one opening or recess for the at least one LED as an LED opening.
  • the protective element may be made of a sufficiently pressure-resistant plastic, but it is preferably for reasons of mechanical strength, reflectivity and combustibility of a, possibly coated metal such as steel, aluminum, copper or brass.
  • a transparent protective element it is preferably made of glass.
  • the fact that the protective element or the LED opening is at least a little higher, so for example at least 0.1 to 0.5 mm, in many cases, but also a few mm higher than the LED, the LED and its electrical connections to the circuit board freed from any mechanical stress, whereby the inventively required mechanical strength of the construction is given.
  • the protective element may also be much higher, for example, in thick planar elements, so for example a few millimeters lower than the thickness of the sheet-like element.
  • a protective element height of, for example, 7 to 10 mm or more the protective element additionally assumes the function of a light forward leading reflector or light guide.
  • the scope of the LED opening is usually designed so that it surrounds the at least one LED with the smallest possible distance, that is, for example, only 0.5 mm larger than the diagonal of the LED contact surfaces.
  • the outer circumference which the protective element must have at least results from the circumference of the at least one LED opening plus a minimum wall thickness corresponding to the mechanical requirements of the invention.
  • the wall thickness is therefore at least 0.1 mm down to a few millimeters.
  • the at least one LED opening of the protective element can be filled with a, preferably permanently elastic, transparent material, which results in the required tightness according to the invention.
  • LED light sources with construction heights of 0.5 to 3 mm - and naturally also higher - and with minimum diameters of 2 visible after installation can be achieved in this way up to 8 mm - and, of course, larger - realize, which are given for each flat element, sufficiently flat, flameproof and dense LED light sources.
  • the said visible protective element can be designed in an absolutely shapely manner from the point of view of a designer, so that the visible part of the LED light source also satisfies high aesthetic demands.
  • At least two inventive oversized contact surfaces having, printed circuit board may also be several such, at least one LED surrounding protective elements may be present.
  • at least one LED surrounding protective elements may be present.
  • the LED averted region of the inventive LED light source of at least one LED opening of any protective element additionally a transparent or translucent decorative element such as a transparent ball or a ground crystal, is present.
  • a transparent or translucent decorative element such as a transparent ball or a ground crystal
  • the upper area of the corresponding LED openings is specially shaped for this purpose.
  • This special shape can be designed such that a suitable surface is present on which the decorative element is glued, for example.
  • it can also be designed so that it acts like a known in jewelers under the name "pre-setting" element, i. has a fit that is possibly additionally slightly deformed after inserting or pressing in, for example, a crystal and holds the crystal securely and accurately positioned.
  • pre-setting i. has a fit that is possibly additionally slightly deformed after inserting or pressing in, for example, a crystal and holds the crystal securely and accurately positioned.
  • a commercial pre-setting i. a metal ring already containing a crystal or the like is used as a protective member.
  • the inventive, described basic structure applies to LED need the two electrical connections, ie for monochrome LED, as well as for structures in which multicolor LED (RGB LED) or more single-color LED are used.
  • a plurality of oversized contact surfaces according to the invention for structures with three different light colors, that is to say for so-called RGB LEDs, for example four oversized contact surfaces according to the invention, must be present. So that all of these inventive oversized contact surfaces of many successively lined up LED light sources can be contacted easily with the mentioned, thin metal bands, they are advantageously spatially separated from each other so that a corresponding number Quasi-parallel metal strips all inventive oversized contact surfaces of the LED light sources strikes.
  • the described basic structure of the inventive LED light source results in a surprisingly simple and fundamentally new way of introducing such LED light sources at arbitrary intervals, for example along a
  • the flat element is fitted with the LED light sources before installation or before installation at its destination. For this it lies so that its front surface emerges from the later light downwards and its rear surface points upward.
  • openings referred to below as recesses
  • the circumference of these recesses corresponds to the outer circumference of the inventive protective element of the inventive LED light source.
  • the introduction of the recesses can be done for example by means of punching, drilling, water jet cutting or laser cutting. It can Of course, previously at another place of work, so for example, a specialist for one of the above types of production done.
  • the circumference of the recesses may also be a few 0.1 mm smaller than the outer circumference of the protective element of the LED light source in the case of floor coverings which consist of elastic materials, that is to say carpets for example.
  • This has the advantage that the LED light source can be pressed into the example elastic sheet-like element, whereby a, at least almost, watertight transition between flat element and LED light source is ensured. If this transition must be absolutely watertight, it is for example possible to apply a thin layer of adhesive on the outer surface of the recess in the planar element before pressing the LED light source.
  • an LED light source according to the invention is inserted or pressed from the rear side of the planar element such that its protective element protrudes into the recess and the printed circuit board of the LED light source rests on the rear surface of the planar element such that its inventive Oversized contact surfaces on both sides perpendicular to the line along which the LED light sources are laid, come to rest.
  • the sheet-like element is a device which carries two, or in the case of RGB-LED four or even more, coated with electrically conductive adhesive metal strips on roll.
  • the metal bands are, for example, between 0.5 cm and 2 cm wide and, as a rule, preferably totally less than 0.1 mm thick. They have a distance from one another which corresponds at least to that of the inventive oversized contact surfaces of the LED light sources from each other.
  • the metal strips are glued to the rear surface of the sheet-like element in such a way that they intersect the oversized contact surfaces of the LED light sources according to the invention and per contact surface a common adhesive surface of 0.1 cm 2 , better 0.5 cm 2 and preferably 1 cm 2 and more is formed.
  • two metal bands running on both sides and at least at a distance of the size of the recesses may be applied to the planar element even after the recesses have been introduced into the planar element, preferably at most tin or solder coated copper strips. For example, be glued.
  • the LED light sources according to the invention whose oversized contact surfaces are advantageously coated with tin or solder in this case, are inserted or pressed into the recesses such that the oversized contact surfaces come to rest on the two metal bands.
  • a thin layer of solder paste can be applied to the oversized contact surfaces and / or to the corresponding points of the metal strip.
  • thermode which simultaneously touches as completely as possible the two oversized contact surfaces of the LED light source according to the invention, exerts a moderate pressure on the two oversized contact surfaces and carries out the soldering, i. introduced thermal energy necessary to flow the tin layer.
  • the aforementioned thin metal bands do not necessarily have to be present continuously from LED light source to LED light source, but at best only locally in the area of the LED light sources.
  • such only locally existing metal strips are so long that a good adhesion of the bands is ensured on the back of the sheet-like element.
  • this means that only locally existing metal bands are at least 1 cm long or significantly longer.
  • only locally existing metal bands can be very wide, for example 2 to 5 cm or even wider.
  • the individual, only locally present metal bands are electrically connected to each other by means of, preferably insulated, strand-like conductors. So that these strands do not apply, they have a small cross section of, for example, less than 0.5 mm, preferably less than 0.1 mm. In general, this means that the strands have no insulation jacket, but are designed for example as so-called enameled wire strands. So that a sufficiently small electrical resistance is ensured, several thin strands are usually guided in parallel. Instead of performing the connection between the LED light sources and only locally existing metal bands on the back of the sheet-like element, this can also be done in advance. Preferably, in this case, depending on a metal strip portion is soldered to the oversized contact surfaces of the LED light sources.
  • the metal band portions are self-adhesive or are made self-adhesive by, for example, applying a suitable adhesive layer after bonding to the contact surfaces of the LED light source.
  • the adhesive layer is arranged so that it is in the assembly of the LED Light source ensures the adhesion between the metal bands and the back of the sheet member.
  • the electrical connection of several already provided with metal band sections LED light sources with preferably insulated, strand-like conductors happens before, before applying to the back of the planar element.
  • the excess length ensures that the recesses may be made in the planar element with a large tolerance of position. Remaining excess lengths are compensated by a deviating from the direct connecting line course of the strand-like conductor.
  • this protective tape or protective film is so wide that it covers the back of the entire sheet-like element, but at least it is so wide that the undersides of the LED light sources and all metal strips are completely covered.
  • this tape or this film is waterproof. This results in an overall watertight construction in conjunction with a water-tight flat element.
  • such a protective tape or protective film also enhances the mechanical strength of the electrical contact between the metal strips and the LED light source.
  • the thickness of such a protective tape or protective film is relevant only in the sense that it increases the thickness of the entire sheet-like element. It may therefore, depending on the case, starting at a thickness of, for example, less than 0.01 mm up to a few mm.
  • an additional protective tape it is also possible in many cases to apply an additional layer, for example by means of doctoring, spraying or foaming.
  • the thickness of such a layer is only relevant in the sense that it increases the thickness of the entire sheet element. It may therefore, depending on the case, starting at a thickness of, for example, less than 0.01 mm up to a few mm.
  • all the LED light sources according to the invention are connected to each other in the manner described, at least in sections, electrically in parallel.
  • This is an advantage in terms of the reliability of a whole equipped with LED light sources flat element, namely, namely, in case of failure of a single LED light source, all others continue to shine.
  • the entire chain of LED light sources must be operated with a voltage that is regulated to at least ⁇ 5% per cent.
  • the necessary voltage is usually between 2.8 and 3.3 volts when using white LEDs, depending on the desired brightness. This voltage may also fall over the entire length of the LED light source chain only up to a maximum of 5%. Both requirements are easy to fulfill.
  • An adjustable voltage in the desired accuracy can be produced inexpensively, for example, with a commercially available switching power supply. A sufficiently small voltage drop is due to correspondingly large conductor cross-sections, i. can be maintained with a large width of the metal bands.
  • metal bands provided with electrically conductive adhesive are rapidly becoming more expensive with increasing width, they should not be wider than 10 to 12 mm. However, this can lead to such large electrical resistances at great length of the inventive LED light sources chain, that the allowable voltage drop is exceeded.
  • Remedy here creates a modified method. As described above, recesses are first introduced into the planar element. In an additional step, but now adhering two, or in the case of RGB LED four, very wide (eg 20 to 300 mm wider or even wider) cheaper aluminum bands on both sides of the formed by the recesses line. Of course, the introduction of the recesses and the application of the metal bands can also be performed in reverse order. The distance between the metal strips corresponds to the distance of the inventive oversized contact surfaces of the inventive LED light sources.
  • the LED light sources are inserted or pressed into the recesses and as described above with the, provided with electrically conductive adhesive expensive metal bands connected to each other. Since the expensive, provided with electrically conductive adhesive metal bands here of course also electrically contact the cheap and wide metal bands, a sufficiently small resistance is ensured even over very long lengths.
  • a cost saving can either be achieved so that the expensive, coated with conductive adhesive tapes only locally, so for example over a length of 3 to 10 cm, are glued so that they secure the inventive oversized contact surfaces of the LED light sources with the cheap, connect wide metal bands.
  • the oversized contact surfaces of the inventive LED light sources, as described above, are soldered to the wide metal bands.
  • RGB-LED which demands four wide metal bands. If on both sides of the LED light sources according to the invention two, for example 10 cm wide, aluminum strips are used, this means that the thin circuit board of the LED light source according to the invention would have to be totally 22 cm wide in order to be able to contact the four metal strips directly. This would be very expensive. Remedy creates a once again slightly modified procedure.
  • the two inside wide metal bands in the range of erf ⁇ ndungsgefflessen LED light source are either interrupted to about 2 cm in length, or so cut from the outer side that creates a partial opening of about 2 cm width to the outside.
  • the inner inventive erfmdungsgefflessen contact surfaces of the LED light source can now be connected to a running in the longitudinal direction of the LED light source chain, for example, 3 to 10 cm long piece of conductive adhesive provided with narrow band with the inner metal bands.
  • the outer lying according to the invention oversized contact surfaces are connected to the outside wide metal bands by means of transverse, corresponding in length to the width of the wide metal bands, metal bands with conductive adhesive.
  • a possibly even more cost-effective and easier automatable variant of the method results from the fact that the erf ⁇ ndungsgemässen oversized contact surfaces of the LED light source according to the invention are bonded directly to the wide metal strips with electrically conductive adhesive.
  • no expensive conductive adhesive may be used so that this variant is actually inexpensive.
  • no adhesive may be used, which hardens only at temperatures above 80 0 C, because otherwise many of the sheet-like elements in which the LED light source is to be incorporated, damage. It must therefore be on a low-cost conductive adhesive, possibly with relatively high electrical resistance, ie for example 0.01 to 50 ⁇ / cm, which also reliably at temperatures of less than 80 0 C, but preferably cured at room temperature, are recourse.
  • Such low-cost, electrically conductive adhesives which are also used over a large area, are known from the shielding of electrical fields.
  • NuSiI offers a range of suitable adhesives.
  • the said wide, inexpensive metal strips are glued so that they cover the curved line along which the novel LED light sources are to be laid, at least partially.
  • the metal strips along the curved line are cut and withdrawn so that between the metallic surfaces of a curved non-metallically coated strip of the width of the distance between the inventive oversized contact surfaces of the LED light sources arises.
  • the insertion of the novel LED light sources and the local connection of their inventive oversized contact surfaces with the metal bands for example by means of self-adhesive, electrically conductive metal bands or by gluing with the mentioned inexpensive adhesive.
  • LED light sources according to the invention are to be arranged in pattern-like arrangements consisting of a sum of luminous points, such as circles, triangles, lettering or any desired images. Again, this is possible with little effort with little effort.
  • an LED light source according to the invention which is 10 mm wide in the transverse direction to the connecting line of the two oversized contact surfaces according to the invention and 30 mm wide in the direction of this connecting line. There are also other dimensions conceivable.
  • the LED Light sources along these parallel grid lines in any arbitrary - per grid line the diameter of the protective element of the LED light sources used plus 1 to 5 mm, ie, for example, 3 mm to 10 mm, not below - intervals follow.
  • the distance between the grid lines below one another is less than half of the large width of the LED light sources used plus an additional distance of 1 to 5 mm, for example 16 to 20 mm.
  • an insulating thin adhesive tape of, for example, PVC, PE or PI is glued over the longitudinal metal strips, which for example has twice the width of the metal strips plus, for example, 1 to 5 mm, ie 25 mm wide.
  • this insulating tape two parallel transverse metal strips of, for example, each 10 mm wide are glued so that they do not touch each other and also perpendicular to them extending longitudinal metal bands.
  • the right of these two transverse metal bands is now electrically connected to the right with every other of the longitudinal metal bands, which can be done for example with an approximately 30 mm long metal adhesive tape with electrically conductive adhesive.
  • the left of the two transverse metal bands is offset by a longitudinal metal band also electrically connected to the left with every other of the longitudinal metal bands.
  • the longitudinal metal bands are obviously alternately to plus or minus.
  • the LED light sources according to the invention are pressed into the recesses such that their oversized contact surfaces according to the invention are electrically conductively bonded to the corresponding longitudinal conductor tracks according to the invention are. It is obvious that with the inventive principle with intersecting, at some intersection points electrically connected and at other intersection points against each other insulated metal bands, almost arbitrarily complex pattern of jointly electrically contactable inventive LED light sources can be generated.
  • LED light sources according to the invention are even easier to arrange in a pattern of arrangement consisting of a sum of luminous points, such as circles, triangles, lettering or any images, if the metal bands only locally in the field of LED light sources and electrically by means of thin, insulated strands are connected to each other. It is obvious that the LED light sources can then follow along completely arbitrary paths directly forming the desired pattern.
  • the LED light source according to the invention is explained below on the basis of exemplary embodiments.
  • Figures Ia and Ib show perspective exploded views of the basic construction on an inventive LED light source with two inventive oversized contact surfaces and for example a single-color SMD LED with a protective element in the form of a pipe section.
  • Figure 2 shows a perspective exploded view of the basic construction on an inventive LED light source with four novel oversized Contact surfaces and for example a RGB SMD LED with a protective element in the form of a pipe section.
  • Figure 3 shows the schematic diagram of a cross section through a introduced into a carpet and electrically contacted by metal bands LED light source.
  • the inventive LED light source of Figure Ia consists of a commercially available flexible, i. 0.05 to 0.2 mm thick printed circuit board 10 with two, for example, tin or nickel / gold-coated copper layers 11 and 13 and an insulating support layer 12.
  • the support layer 12 is because of the high demands for protection against flammability of so-called FR4 material or preferably polyimide (PI). Both materials comply with the UL94 classification of flammability level "VO".
  • PI has the further advantage of significantly lower gas evolution at high temperatures.
  • the upper, if necessary, coated copper layer 11 has two contact surfaces 11a in the middle region, which are matched to the LED 14 used. Ring around it is an electrically neutral, area I Ib available, which serves for the gap-free attachment of a protective element 15. On both sides of this area I Ib, with at least 1 cm 2 area, inventive oversized contact surfaces 11c present.
  • the lower, possibly coated, copper layer 13 is structured so that two, with at least 1 cm 2 area, inventive oversized contact surfaces are also present.
  • inventive oversized upper contact surfaces 11c are connected by means not shown through holes with the lower inventive oversized contact surfaces 13, which in turn are electrically connected to the two matched to the LED 14 contact surfaces IIa.
  • the LED light source can be electrically connected to the environment from below and / or from above via the oversized contact surfaces 11c, 13 according to the invention.
  • the surface of the inventive oversized contact surfaces 11 c is sufficiently large with at least 1 cm 2 , that a contact by self-adhesive metal tape with electrically conductive adhesive or by means of a conductive adhesive with a relatively high resistance of, for example, up to 50 ⁇ / cm reproducible, small Contact resistance results.
  • it is also large enough to be contacted in a simple manner by means of soldering, in which case it is advantageously coated with tin or solder.
  • the LED 14 is for example a so-called SMD LED, which is connected to the upper copper layer 11 of the printed circuit board 10, for example by means of a reflow soldering process.
  • SMD LEDs are available in a wide variety of designs,
  • Contact surfaces I Ia it is also possible, instead of an SMD LED directly unhoused LED chip, so directly to use the semiconductor device, in which case a maximum space requirement of 1 mm diameter is needed. It can also different types of LED, such as so-called “Throug Hole LED” or LED in their construction of the "powerLED EOS” of the Austrian company
  • the LED 14 may also be glued by means of an adhesive technique using a conductive adhesive with low electrical resistance (0.01 ⁇ / cm).
  • the protective element 15 serves primarily the mechanical protection of the LED 14. In the example, it is designed as a very cost-effective pipe section. Since its inner diameter is designed so that it surrounds the LED 14 with the smallest possible distance, so for example, only 0.5 mm larger than the diagonal of the LED contact surfaces, he has to ensure this mechanical protection only a few 0.1 mm For this reason, it is possible to realize overall structures according to the invention which, depending on the type of LED 14 chosen, are lower than 3 mm, or 2 mm or 1 mm, or even 0.5 mm.
  • the outer diameter of the pipe section 15 must have at least, results from its above-discussed inner diameter plus a minimum wall thickness corresponding to the mechanical requirements. Depending on the LED used, it amounts to 14, 2 mm to 8 mm. Of course, the pipe section may also be much higher, so for example a few millimeters lower than the thickness of the sheet-like element with thick planar elements. In such cases, a protective element height of, for example, 7 to 10 mm and more, takes over
  • Tube section 15 additionally has the function of a light conducting upwards
  • the pipe section 15 is for example a section of a metallic tube made of steel, copper, brass or aluminum. It can be coated with metal. If it is to be soldered directly, it must be coated with a solderable layer such as tin, nickel or nickel / gold. In the case of high pipe sections, this layer also serves as a reflection layer.
  • the solderable layer allows but above all, the Tube section 15 in a very economical way in the same operation as the LED 14 by means of reflow soldering with the annular structure I Ib of the upper copper layer 11 to connect. This soldering of the pipe section 15 results in a mechanically highly resilient and absolutely gas and water-tight connection between the protective element and the printed circuit board.
  • the pipe section 15 can alternatively be attached in a separate operation after soldering the LED 14 by means of adhesive technology. In this case, it can also consist of a suitable plastic.
  • the free interior of the protective element may, but not necessarily, the free interior of the protective element at least partially, preferably with a transparent and well adhering to metal material, such as silicone filled.
  • a transparent and well adhering to metal material such as silicone filled.
  • silicone has the advantage that it improves the protection against flammability of the entire erf ⁇ ndungsgemässen LED light source in the sense that it is not flammable itself and therefore also enveloped by him LED 14, whose housing is made of combustible material in many cases prevents a fire.
  • the LED light source according to the invention of FIG. 1 b shows, in the case of otherwise otherwise completely identical construction of FIG. 1 a, another embodiment of the oversized contact surfaces 1 c according to the invention.
  • the contact surfaces 11c have exactly the same area as those shown in FIG. 1a, but have a substantially smaller extent in the direction of the straight lines connecting their midpoints. This brings for the above-discussed placement of many erfmdungsgemässer LED light sources-pattern-like arrangements, - the advantage that the discussed there parallel grid lines a much smaller distance and so densely populated with LED light sources pattern can be generated.
  • the inventive LED light source of Figure 2 consists of a commercially available flexible, i. about 0.05 to 0.2 mm thick printed circuit board 20 with two, for example, tin or nickel / gold coated copper layers 21 and 23 and an insulating support layer 22.
  • the support layer 22 is because of the high demands for protection against flammability of so-called FR4 material or preferably from known polyimides (PI). Both materials comply with the UL94 classification of flammability level "VO". PI has the further advantage of significantly lower gas evolution at high temperatures.
  • the upper, if necessary, coated copper layer 21 has four contact surfaces 21a in the middle region, which are matched to the LED 14 used. Annular around it, an electrically neutral region 21b is present, which serves for fastening a protective element 25. On both sides of this region 21b are each two, with at least 1 cm 2 area, inventive oversized contact surfaces 21c and 21 d present.
  • the lower, possibly coated, copper layer 23 is structured in such a way that there are likewise four, with at least 1 cm 2 area, inventive oversized contact surfaces.
  • the inventive oversized upper contact surfaces 21c and 2 Id are connected by means not shown through holes with the corresponding lower erfmdungsgefflessen oversized contact surfaces 23, which in turn are electrically connected to the four matched to the LED 24 contact surfaces 21a.
  • the LED light source according to the invention can be electrically connected to the environment from below and / or from above via the excessively large contact surfaces 21c and 2 Id according to the invention.
  • the surface of the oversized contact surfaces according to the invention is at least 1 cm large enough that contacting by self-adhesive metal tape with electrically conductive adhesive - or by means of a conductive adhesive with a relatively high resistance or at most only partial soldering - results in a reproducible, small contact resistance.
  • the LED 24 is, for example, a so-called RGB-capable SMD LED, which is connected to the upper copper layer 21 of the printed circuit board 20 by means of a reflow soldering process.
  • SMD LEDs are available in a wide variety of designs, light intensities and light colors on the market. The usual sizes range from 0.8x1.6x0.4 mm to 3.5x2.8x2.1 mm.
  • the LED 24 can also be adhesively bonded using a conductive adhesive with very low electrical resistance ( ⁇ 0.001 ⁇ / cm).
  • the protective element 25 serves primarily the mechanical protection of the LED 24. It is designed for example in the form of a pipe section.
  • the inner diameter of the pipe section is designed so that it surrounds the LED 24 with the smallest possible distance, so for example, only 0.5 mm larger than the diagonal of the LED contact surfaces, he has to ensure this mechanical protection only a few 0, 1 mm higher than the LED 24. For this reason, it is possible according to the invention to realize overall structures which, depending on the type of LED 24 selected lower than 3 mm, or 2 mm or lmm, or even 0.5 mm.
  • the pipe section may also be much higher, so for example a few millimeters lower than the thickness of the sheet-like element with thick planar elements. In such cases, a pipe section height, for example, 7 to 10 mm and more, the pipe section 25 also assumes the function of a light upwardly conductive reflector.
  • the pipe section 25 properly secured and at least partially poured and the required tightness against water and dust. Next, but he also ensures the required aesthetic appearance of the inventive LED light source.
  • the pipe section 25 is for example a section of a metallic tube made of steel, copper, brass or aluminum. He can be coated. If it is to be soldered directly, it should be coated with a solderable layer such as tin or nickel / gold. In the case of high pipe sections, this layer also serves as a reflection layer. Above all, however, the solderable layer allows the pipe section 25 to be connected to the upper copper layer 21 in a very economical manner in the same operation as the LED 24 by means of reflow soldering. This soldering of the protective element 25 results in a mechanically highly resilient and absolutely gas- and watertight connection between pipe section and circuit board.
  • the pipe section 25 may alternatively be attached in a separate operation after soldering the LED 24 by means of adhesive technology.
  • the free interior of the protective element is at least partially, preferably filled with a transparent and well adhering to metal, for example silicone.
  • a transparent and well adhering to metal for example silicone.
  • silicone has the advantage that it improves the protection against flammability of the entire LED light source according to the invention in the sense that it is not flammable itself and therefore also enveloped by him LED 24, whose housing is made of combustible material in many cases prevents a fire.
  • FIG 3 the schematic diagram of a cross section through a flexible sheet-like element, that is shown for example in a carpet built LED light source.
  • the diameter of the protective element 34 of the LED light source is, for example, 0.1 mm larger than that of the corresponding recess in the exemplary carpet 38.
  • the protective element 34 here for example also a pipe section, is pressed into the recess of the exemplary carpet 38 in such a way that the Binding 38b of the exemplary carpet along the jacket of the protective element 35 is pressed slightly upwards, thus forming a seal.
  • the pile 38a is hardly deformed, thanks to its own flexibility and the flexibility of the binding.
  • the erf ⁇ ndungsgefflessen LED light source, the lateral surface of the recess with a preferably transparent and preferably based on silicone built, preferably low-viscosity adhesive are coated so that after
  • Curing of the adhesive results in an absolutely waterproof and dustproof connection between the protective element 34 and the lateral surface of the recess.
  • the described simple structures of the LED light source according to the invention are not only inexpensive to produce and not only ensure the required mechanical strength, tightness and aesthetics at very shallow height, but they also make it possible thanks to the invention - at least innovative with respect to the task of the present invention
  • Oversized contact surfaces the simplest possible, thanks to their usually total thickness of the highest 0.3 mm absolutely non-applied and in the application extremely flexible attachment and electrical contact of the LED light source in flat elements.
  • Control module is in principle that of an addressable switch, on the transmission of its address, at least one of the LED 14, 24, 34 on the
  • Printed circuit board 10, 20, 30 depending on its or their current state on or off.
  • the block only has to use a number included in the digital command as its own
  • Switching state of the at least one LED 14, 24, 34 In this way can be generated in a row or in a pattern of LED running light signals or even changing patterns or logos.
  • the control module after recognizing its address, to accept additional transmitted information which causes it to supply at least one of the LEDs (14, 24, 34) present on the printed circuit board (10, 20, 30), for example, for this time. or off or, for example, for a certain time to flash at a certain frequency or, for example, to change the brightness of the LED (14, 24, 34).

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Abstract

Die LED-Lichtquelle gemäss der Erfindung weist nebst mindestens einer lichtemittierenden LED (14) als lichterzeugendem Element und einem dieses umgebenden, allenfalls mit einem transparenten Material mindestens teilweise gefüllten, Schutzelement mindestens zwei dünne, d.h. 0,05mm bis 0,2 mm dicke, übergrosse Kontaktflächen (11c) auf, die folgende Eigenschaften haben: Sie sind so gross, dass sie einen dauerhaft sicheren elektrischen Kontakt, mit reproduzierbarem elektrischem Widerstand, ergeben, wenn sie mittels eines handelsüblichen, selbst klebenden Metallbandes mit elektrisch leitendem Klebstoff, oder mittels eines, allenfalls nur teilweise mit ihnen verlöteten Metallbandes, kontaktiert werden. Dies bedeutet in der Regel, dass ihre Fläche 1 cm2 oder grösser ist. Sie sind in sich mechanisch so stabil, dass sie die sichere mechanische Befestigung auf der rückseitigen Oberfläche eines flächigen Elementes, wie beispielsweise eines Teppichs, gewährleisten, wenn sie mit einem selbst klebenden Metallband auf dieses flächige Element befestigt werden.

Description

LED-LICHTQUELLE UND VERFAHREN
Die Erfindung betrifft eine LED-Lichtquelle mit mindestens einer lichtemittierenden Diode (LED) und Verfahren zur Anordnungen und zum Zusammenschalten derartiger LED-Lichtquellen zu einem beliebigen, gemeinsam elektrisch kontaktierbaren Verbund.
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, flache LED-Lichtquellen zur Verfügung zu stellen, die in grosse flächige Elemente eingebaut und - mindestens abschnittsweise - gemeinsam elektrisch kontaktiert werden können.
Der Begriff "flächiges Element" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung sehr weit gefasst. Er umfasst, in nicht vollständiger Aufzählung, beispielsweise alle flexiblen flächigen Elemente wie Teppiche, Flachgewebe wie beispielsweise Planen, alle anderen Arten von Textilien, Leder, Beläge wie beispielsweise Linoleum oder gummiartige Bodenbeläge, alle anderen flexiblen Kunststoffbeläge, aber auch Beläge auf der Basis von Papier wie beispielsweise Tapeten. Er umfasst auch starre flächige Elemente wie Platten oder langgezogene schmale Elemente wie beispielsweise Täferriemen aus Holz oder streifenförmige Elemente aus Kunststoff, Metall, Karton, Gipskarton, Stein usw. Flache LED-Lichtquelle bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die LED-Lichtquelle mindestens teilweise so in eine entsprechende Öffnung des flächigen Elementes einbaubar ist, dass ihre lichtabgebende Seite nicht aus einer sichtbaren, vorderen Oberfläche des flächigen Elementes hinausragt. Es bedeutet weiter, dass Teile der LED-Lichtquelle die allenfalls aus der hinteren Oberfläche des flächigen Elementes hinausragen, in der Regel nur Bruchteile eines Millimeters, also beispielsweise 0.05 bis 0.2 mm, dick sind. In manchen Fällen, beispielsweise bei frei tragenden flächigen Elementen, können solche aus der hinteren Oberfläche hinausragende Teile aber auch 1 mm oder gar einige Millimeter dick sein.
Verdeutlicht am Beispiel eines Bodenbelags bedeutet flach im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die LED-Lichtquelle so in einen oberen Bodenbelag - d.h. beispielsweise in einen Teppich, einen Kunststoffbelag, einen Parkett- oder Fliesenboden usw. - einbaubar ist, dass sie erstens den Bodenbelag nicht überragt und dass zweitens allfällig vorhandene Teile der LED-Lichtquelle, welche zwischen den Bodenbelag und den Unterboden zu liegen kommen, so flach sind, dass sie, ohne Vertiefungen im Unterboden, zwischen den Bodenbelag und den Unterboden einbaubar sind, ohne dass dies aufträgt, also auf der Oberseite des Bodenbelags sichtbar wird. In der Regel bedeutet dies, dass Teile der LED-Lichtquelle, welche zwischen den Bodenbelag und den Unterboden zu liegen kommen, in ihrer Summe nicht dicker als 0,5 mm, vorzugsweise aber nicht dicker als 0,2 mm sind.
Im Sinne eines möglichst einfachen Gesamtaufbaus gilt diese Forderung bezüglich Flachheit auch für die elektrische Kontaktierung der LED-Lichtquellen notwendigen elektrischen Leiter, es werden bandartige Leiter eingesetzt. Allenfalls sind die Leiter nur lokal im Bereich der LED-Lichtquellen bandartig, wobei dann zwischen den bandartigen Abschnitten eine Verbindung mittels litzenartigen Leitern mit kleinem Querschnitt besteht. Die elektrische Verbindung solcher extrem flacher Leiter mit der LED-Lichtquelle erfolgt so einfach wie möglich. Dies bedeutet, dass beispielsweise nicht mit, wie auch immer gearteten, Steckkontakten hantiert werden muss, oder kein Lötprozess durchgeführt werden muss, bei dem die erfindungsgemässe LED-Lichtquelle relativ zu elektrischen Leiterbahnen auf den Millimeter, oder gar auf Zehntelmillimeter, genau zu positionieren ist.
Die Orte an denen LED-Lichtquellen in das flächige Element eingebaut werden können, dürfen nicht von der Länge, allfälliger vorgegebener, elektrischer Verbindungen zwischen nachfolgenden LED-Lichtquellen vorbestimmt sein. Oft ist ein grosser Abstand von bis zu mehreren Metern zwischen den LED-Lichtquellen einzuhalten. In diesen Fällen müssen grosse Lagetoleranzen bis zu vielen cm für die Einbauorte zulässig sein. Li vielen Fällen ist es auch erwünscht, dass unregelmässige Abstände, und dies mit grossen Lagetoleranzen, realisierbar sind. In Summe bedeutet dies, dass es möglich ist, die LED-Lichtquellen an beliebigen Stellen in das flächige Element einzusetzen und auf einfache, wirtschaftliche Weise nachträglich miteinander elektrisch zu verbinden.
Es ist offensichtlich, dass eine solche, beispielsweise in einen Bodenbelag integrierte, LED-Lichtquelle zusätzlich hohe. Anforderungen an mechanische Festigkeit und Dichtigkeit erfüllt. Bezüglich mechanischer Festigkeit hält die LED-Lichtquelle in eingebautem Zustand einer reinen Druckbelastung von mindestens 10 N/mm2 stand und sie widersteht einem Überrolltest, der das vielfache Überrollen beispielsweise mit einer Minibar in Zügen simuliert. Bezüglich Dichtigkeit entspricht die LED- Lichtquelle mindestens IP35 besser aber EP46 oder höher..
Da die LED-Lichtquelle, mindestens zu Markierungszwecken, auch in öffentlichen Transportmitteln wie Bussen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen eingesetzt werden soll, ist - insbesondere bei Flugzeugen - auf einen hohen Schutz gegen Brennbarkeit - A -
zu achten, d.h. der Gesamtaufbau der LED-Lichtquelle entspricht nach der UL94 Klassifizierung der Brennbarkeitsstufe "VO".
Für viele Anwendungen ist auch ein ästhetisches Erscheinungsbild der im eingebauten Zustand sichtbaren Teile der LED-Lichtquelle von grosser Wichtigkeit.
Es finden sich erstaunlich wenige Patente, die sich auf die geschilderte Aufgabenstellung beziehen.
In JP2003210308 sind an einigen Punkten leuchtende Bodenbeläge von Automobilen dargestellt. Der Aufbau besteht im Wesentlichen aus einer grossen Leiterplatte auf der sogenannte SMD-LED aufgebracht sind. Darüber ist ein Teppich befestigt, der an entsprechenden Stellen Durchgangslöcher aufweist.
In EP0323682 von 1989 wird ein Bodenaufbau mit fliesenartigen Elementen beschrieben, bei dem einzelne der Fliesen transluzent sind und mittels LED zum Leuchten gebracht werden. Die Leuchtfliessen sind durch Kabel miteinander verbunden.
In EP0261811A1 von 1988 ist ein Aufbau beschrieben, bei dem punktartig erhöhte Leuchtelemente in regelmässigen Abständen auf einem flexiblen flachen Leiterband befestigt und kontaktiert sind. Dieses Band wird unterhalb eines Teppichs angebracht, der an exakt vordefinierten Stellen Öffnungen für die LED-Lichtquellen aufweist. — J —
Ähnliche Aufbauten wie der zuletzt skizzierte, Hessen sich prinzipiell auch mit heute marktüblichen LED-Systemen (beispielsweise das System "Backlight" der Firma OSRAM) realisieren, bei denen einzelne LED auf kleinen Trägerplatten befestigt und kontaktiert und die Leiterplatten untereinander mit Litzen definierter Länge verbunden sind. Diese Systeme sind aber in aller Regel zu Hinterleuchtungszwecken von Reklame- oder Hinweisschildern ausgelegt. Die einzelnen LED auf Trägerplatte folgen sich in nur wenigen cm Abstand und oftmals trägt eine Leiterplatte mehrere LED. Weiter weisen sie keine Schutzelemente gegen mechanische Belastungen auf. Sie sind deshalb für die beschriebene Aufgabenstellung im Allgemeinen nicht geeignet.
Die Summe der oben geschilderten Eigenschaften der erfmdungsgemässen LED- Lichtquelle ist scheinbar nur mit grossem Aufwand zu realisieren. Die vorliegende Erfindung schildert jedoch einen verblüffend einfachen Ansatz mit dem alle Eigenschaften auf einfache Weise erzielbar sind.
Erster Ausgangspunkt und grundsätzlich neuer Schlüssel zur Lösung der Aufgabe ist der Gedanke, die elektrische Verbindung der weiter unten beschriebenen LED- Lichtquellen mit Hilfe von dünnen, d.h. in der Regel weniger als 0,1 mm dicken, Metallbändern, d.h. beispielsweise mit - allenfalls verzinnten bzw. einer Lötzinn artigen Verbindung beschichteten - Kupfer- oder Aluminiumbändern, durchzuführen, welche allenfalls mit einem elektrisch leitenden Klebstoff beschichtet sind. Derartige Metallbänder werden von unterschiedlichen Herstellern, beispielsweise von der Firma 3M, meist zum Zwecke der Abschirmung elektrischer Felder, am Markt angeboten. Mit elektrisch leitendem Klebstoff beschichtete derartige Metallbänder erzeugen immer dann eine sichere elektrische Verbindung, wenn eine genügend grosse Klebefläche vorhanden ist. Versuche haben ergeben, dass diese Klebefläche in der Grössenordnung von mindestens 0,1 cm2, besser 0,5 cm2 und vorzugsweise von 1 cm2 und mehr liegen muss, damit sich ein elektrischer Kontakt mit reproduzierbarem Widerstand ergibt. Alternativ zu Metallbändern mit elektrisch leitendem Klebstoff können auch, allenfalls mit nicht elektrisch leitendem Klebstoff beschichtete, Metallbänder ohne elektrisch leitenden Klebstoff verwendet werden. Dies, als erste Möglichkeit, im Zusammenspiel mit einem, auf die Verbindungsstellen separat aufgetragenen, elektrisch leitenden Klebstoff, der sehr preiswert ist, vorzugsweise bei Raumtemperatur, mindestens aber bei Temperaturen unter 800C aushärtet und für welchen ein relativ hoher elektrischer Widerstand von bis zu 50 Ω/cm zulässig ist. Natürlich darf der Widerstand auch beliebig viel kleiner sein. Auch mit derartigen Klebstoffen stellt sich ein reproduzierbarer Widerstand der Verklebung erst bei Flächen von mindestens 0,1 cm , besser 0,5 cm und vorzugsweise von 1 cm2 und mehr ein.
Als zweite Möglichkeit bietet sich eine einfache und schnelle Verlötung eines Metallbandes ohne elektrisch leitenden Klebstoff mit der erfϊndungsgemässen LED- Lichtquelle an. Einfache und schnelle Verlötung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Verlötung - wenn gewünscht - mittels eines sehr einfachen Handwerkzeugs innerhalb von wenigen Sekunden, also beispielsweise innerhalb von 1 bis 5 Sekunden, geschieht. Einfach bedeutet weiter, dass es nicht wesentlich ist, dass die übergrossen Kontaktflächen vollständig verlötet sind, sondern dass es genügt, wenn einige inselartige gute Lötstellen vorhanden sind. Die Verlötung geschieht vorteilhafterweise so, dass ohne ein Auftragen zusätzlichen Lötzinns gearbeitet wird, sondern die beiden zu lötenden Teile lediglich aufeinander gedrückt und für kurze Zeit erhitzt werden. Dies ist dann möglich, wenn die Kontaktflächen der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle und/oder das genannte Metallband mit Zinn oder einer - im folgenden Lötzinn genannten - lötzinnartigen Verbindung beschichtet sind. Die totale Dicke der vorhandenen Zinn-Schicht sollte hierfür beispielsweise zwischen 2 und 20 μm betragen. Eine dickere Schicht Zinn bzw. Lötzinn stört zwar nicht, ist aber auch nicht nützlich. Da eine solche Verlötung beispielsweise auch mit einem auf einen Teppichrücken aufgeklebten Metallband erfolgen können muss, muss sie so rasch, d.h. innerhalb beispielsweise 1 bis 5 Sekunden, geschehen, dass der beispielsweise genannte Teppichrücken keinen Schaden nimmt. Damit ein solcher Verlötungsvorgang einfach und sicher erfolgen kann, d.h. damit die notwendige thermische Energie die durch Zinn bzw. Lötzinn zu verbindenden Flächen, zumindest teilweise, rasch und genügend erhitzt, sind Berührungsflächen zwischen den zu lötenden Teilen von mindestens 0,1 cm2, besser 0,5 cm2 und vorzugsweise von 1 cm2 und mehr zumindest von sehr grossem Vorteil, wenn nicht notwendig.
Es ist offensichtlich, dass keine der marktüblichen LED auf diese Weise elektrisch kontaktiert werden kann, da deren Kontaktflächen um Zehnerpotenzen zu klein sind.
Die vorliegende Erfindung stellt, als wesentliche Neuerung, deshalb formschöne, flache, druckfeste und dichte LED-Lichtquellen zur Verfügung, die zur Umgebung hin, d.h. zu den angesprochenen Metallbändern hin, bezüglich marktüblicher LED weit übergrosse Kontaktflächen aufweisen, deren Fläche mindestens 0,1 cm2, besser 0,5 cm2 und vorzugsweise 1 cm2 bis hin zu einigen cm beträgt. Zu diesem Zwecke werden beispielsweise handelsübliche SMD-LED auf eine in der Regel dünne, d.h. 0,05 bis 0,2 mm dicke, Leiterplatte aufgebracht, welche die erfϊndungsgemässen übergrossen Kontaktflächen gegen aussen hat, wobei diese übergrossen Kontaktflächen selbstverständlich mit Kontaktflächen zum Auflöten oder Kleben der beispielsweise verwendeten SMD-LED in elektrischer Verbindung stehen. In manchen Fällen, beispielsweise bei frei tragenden flächigen Elementen, kann die genannte Leiterplatte aber auch 1 mm oder gar einige Millimeter dick sein. Es können auch andersartige LED verwendet werden, wie beispielsweise der lichtemittierende Halbleiter selbst, oder sogenannte "Throug Hole LED" oder LED die in ihrem Aufbau dem "powerLED EOS" der österreichischen Firma Tridonic entsprechen. Es ist aber auch möglich statt der bisher angesprochenen LED auf anorganischer Basis derartige auf organischer Basis, also sogenannte "Organic Light Emitting Diodes (OLED)" einzusetzen.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen ist die Tatsache, dass diese erstens so gross, d.h. mindestens 0,1 cm , besser 0,5 cm und vorzugsweise 1 cm2 bis hin zu einigen cm2 gross und zweitens in sich mechanisch so stabil sind, d.h. Druckbelastungen von mindestens 10 N/mm2 standhalten, dass sie nach dem Aufkleben oder Auflöten auf die hintere Oberfläche des flächigen Elementes in das die LED-Lichtquelle eingebaut ist, eine dauerhaft sichere mechanische Verbindung garantieren.
Zweiter Ausgangspunkt zur Lösung der Aufgabe ist die Tatsache, dass sich mit LED als lichtgebendem Element flache, druckfeste und dichte LED-Lichtquellen bauen lassen, die in jeder Hinsicht den gestellten Anforderungen entsprechen. Dazu müssen im Wesentlichen handelsübliche SMD-LED (manchmal auch Chip-LED genannt) oder ungenauste LED-Dies, also direkt der Halbleiterbaustein, auf eine dünne Leiterplatte aufgebracht werden. Die üblichen Baugrössen der SMD-LED reichen von 0,8x1,6x0,4 mm bis 3,5x2,8x2,1 mm. Es ist auch möglich, statt SMD-LED direkt ungehäuste LED-Chip, also die Halbleiterbausteine, zu verwenden, in welchem Falle maximal ein Platzbedarf von 1 mm Durchmesser benötigt wird. Es können auch andersartige LED zum Einsatz kommen, wie beispielsweise sogenannte "Through Hole LED" oder LED die in ihrem Aufbau der "powerLED EOS" der österreichischen Firma Tridonic entsprechen. Es ist aber auch möglich statt der bisher angesprochenen LED auf anorganischer Basis derartige auf organischer Basis, also sogenannte "Organic Light Emitting Diodes (OLED)" einzusetzen.
Erfϊndungsgemäss wird, rings um die mindestens eine LED, ein schützendes Bauteil angeordnet, das beispielsweise folgende Formen aufweisen kann: die eines Rohrabschnittes, oder die eines ringartigen Elementes mit beliebigem geeignetem Querschnitt und beliebiger Umfangsform, oder die eines nicht transparenten plattenartigen Elementes mit beliebiger Umfangsform, mit mindestens einem Durchgangsloch, in dem die mindestens eine LED platziert wird, oder die eines transparenten plattenartigen Elementes mit beliebiger Umfangsform, mit beispielsweise mindestens einer sacklochartigen Aussparung zur Anordnung der mindestens einen LED, - oder die eines nochmals anders gearteten Elementes mit entsprechenden Eigenschaften. '
Ln Folgenden wird dieses schützende Bauteil als Schutzelement und dessen mindestens eine Öffnung bzw. Aussparung für die mindestens eine LED als LED- Öffnung bezeichnet. Das Schutzelement darf aus einem genügend druckfesten Kunststoff sein, vorzugsweise ist es aber aus Gründen der mechanischen Festigkeit, der Reflektivität und der Brennbarkeit aus einem, allenfalls beschichteten Metall wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Im Falle eines transparenten Schutzelementes ist es vorzugsweise aus Glas. Dadurch dass das Schutzelement bzw. die LED-Öffnung mindestens um ein Weniges höher, also beispielsweise mindestens 0,1 bis 0,5 mm, in vielen Fällen aber auch einige mm höher als die LED ist, wird die LED und deren elektrische Verbindungen zur Leiterplatte von jeglicher mechanischen Belastung befreit, womit die erfindungsgemäss geforderte mechanische Festigkeit des Auf baus gegeben ist. Natürlich darf das Schutzelement beispielsweise bei dicken flächigen Elementen auch wesentlich höher, also beispielsweise wenige Millimeter niedriger als die Dicke des flächigen Elementes sein. In solchen Fällen einer Schutzelementhöhe von beispielsweise 7 bis 10 mm oder mehr, übernimmt das Schutzelement zusätzlich die Funktion eines das Licht nach vorne leitenden Reflektors oder Lichtleiters. Der Umfang der LED-Öffnung, ist in der Regel so ausgelegt, dass diese die mindestens eine LED mit dem kleinsten möglichen Abstand umgibt, also beispielsweise nur um 0,5 mm grösser ist als die Diagonale der LED-Kontaktflächen. Der äussere Umfang den das Schutzelement mindestens haben muss, ergibt sich aus dem Umfang der mindestens einen LED-Öffnung plus einer den erfmdungsgemässen mechanischen Anforderungen entsprechenden minimalen Wandstärke. Bei metallischen Schutzelementen beträgt die Wandstärke daher mindestens 0,1 mm bis hin zu einigen Millimetern.
Zusätzlich kann die mindestens eine LED-Oeffhung des Schutzelementes mit einem, vorzugsweise dauerelastischen, transparenten Material gefüllt sein, was die erfindungsgemässe geforderte Dichtigkeit ergibt. Auf diese Weise lassen sich - abhängig von der geforderten Lichtstärke und damit von der Art der verwendeten LED - den Anforderungen entsprechende LED-Lichtquellen mit Bauhöhen 0,5 bis 3 mm - und natürlich auch höher - und mit nach dem Einbau sichtbaren minimalen Durchmessern von 2 bis 8 mm - und natürlich auch grösser - realisieren, womit für jedes flächige Element, genügend flache, druckfeste und dichte LED-Lichtquellen gegeben sind. Weiter kann das genannte sichtbare Schutzelement aus dem Blickwinkel eines Designers absolut formschön gestaltet sein, sodass der sichtbare Teil der LED-Lichtquelle auch hohe ästhetische Ansprüche zufrieden stellt.
Pro, mindestens zwei erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen aufweisende, Leiterplatte können auch mehrere solche, je mindestens eine LED umgebende Schutzelemente vorhanden sein. Dies gilt insbesondere für den Fall einfacher ringartiger oder rohrabschnittsartiger Schutzelemente mit denen aus Sicht eines Designers besonders ästhetische Aufbauten mit dicht an dicht angeordneten und beispielsweise je eine LED umgebenden Schutzelementen machbar sind. Der Übersichtlichkeit halber, wird im Folgenden auch bei Aufbauten bei denen mehrere Schutzelemente auf einer Leiterplatte vorhanden sind, nur von "dem Schutzelement" in Einzahl gesprochen.
Für manche Anwendungen ist von Interesse, dass im oberen, d.h. in dem der LED abgewendeten Bereich der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle mindestens einer LED-Öffnung eines beliebigen Schutzelementes zusätzlich ein transparentes oder transluzentes dekoratives Element wie beispielsweise eine transparente Kugel oder ein geschliffener Kristall, vorhanden ist. Auch dies ist mit dem erfindungsgemässen, geschilderten Ansatz möglich. Allenfalls ist dazu der obere Bereich der entsprechenden LED-Öffnungen speziell geformt. Diese spezielle Form kann so gestaltet sein, dass eine geeignete Fläche vorhanden ist auf der das dekorative Element beispielsweise aufgeklebt ist. Sie kann aber auch so gestaltet sein, dass sie wie ein, bei Juwelieren unter dem Namen "pre-setting" bekanntes Element wirkt, d.h. eine Passform aufweist, die nach dem Einlegen oder Einpressen beispielsweise eines Kristalls allenfalls zusätzlich leicht umgeformt wird und den Kristall sicher und lagegenau festhält. Es ist auch denkbar, dass von vorneherein ein handelsübliches pre-setting, d.h. ein bereits einen Kristall oder ähnliches beinhaltender Metallring, als Schutzelement verwendet wird.
Der erfindungsgemässe, geschilderte prinzipielle Aufbau gilt für LED die zwei elektrische Anschlüsse benötigen, d.h. für einfarbige LED, ebenso wie für Aufbauten in denen mehrfarbige LED (RGB-LED) oder mehrere einfarbige LED verwendet werden. Im zweiten Fall müssen mehrere erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen, für Aufbauten mit drei unterschiedlichen Lichtfarben, also für sogenannte RGB-LED, beispielsweise vier erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen, vorhanden sein. Damit alle diese erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen vieler hintereinander gereihter LED-Lichtquellen mit den angesprochenen, dünnen Metallbändern problemlos kontaktiert werden können, sind sie vorteilhaft räumlich so voneinander separiert, dass eine entsprechende Anzahl quasi-parallel verlaufender Metallbänder alle erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquellen trifft.
Der geschilderte prinzipielle Aufbau der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle ergibt eine verblüffend einfache und grundsätzlich neue Möglichkeit zur Einbringung derartiger LED-Lichtquellen in beliebigen Abständen beispielsweise entlang einer
Linie - oder sogar an beliebigen Orten die in Summe nicht mittels einer geraden
Linie verbunden werden können - in flächige Elemente. Der erfindungsgemässe
Ansatz zur Realisierung ästhetischer, druckfester, dichter LED mit absolut nicht auftragenden elektrischen Verbindungen, hebt sich deutlich vom Stand der Technik ab und eröffnet damit für Hersteller aller Arten der genannten flächigen Elementen neue Marktchancen.
Im Folgenden wird ein besonders rationelles Verfahren geschildert, um beispielsweise ein, allenfalls sehr lang gestrecktes, flächiges Element entlang einer geraden Linie mit erfindungsgemässen LED-Lichtquellen in beliebigen Abständen auszurüsten.
Das flächige Element wird vor dem Verlegen, bzw. vor dem Einbau an seinem Bestimmungsort, mit den LED-Lichtquellen bestückt. Hierzu liegt es so, dass seine vordere Oberfläche aus der später Licht austritt nach unten und seine hintere Oberfläche nach oben zeigt. In gewünschten Abständen entlang einer gewünschten Geraden, welche im Wesentlichen in Längsrichtung des flächigen Elementes verläuft, werden, im Folgenden Aussparungen genannte, Öffnungen in das flächige Element eingebracht. Der Umfang dieser Aussparungen entspricht dem Aussenumfang des erfindungsgemässen Schutzelementes der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle. Das Einbringen der Aussparungen kann beispielsweise mittels Stanzen, Bohren, Wasserstrahlschneiden oder Laserschneiden erfolgen. Es kann natürlich auch vorgängig an einem anderen Arbeitsort, also beispielsweise bei einem Spezialisten für eine der genannten Fertigungsarten, erfolgen. Der Umfang der Aussparungen kann bei Bodenbelägen, die aus elastischen Materialien bestehen, also beispielsweise bei Teppichen, auch um einig 0,1 mm kleiner sein als der Aussenumfang des Schutzelementes der LED-Lichtquelle. Dies bringt den Vorteil, dass die LED-Lichtquelle in das beispielsweise elastische flächige Element eingepresst werden kann, womit ein, mindestens nahezu, wasserdichter Übergang zwischen flächigem Element und LED-Lichtquelle sichergestellt ist. Muss dieser Übergang absolut wasserdicht sein, ist es beispielsweise möglich, vor dem Einpressen der LED-Lichtquelle eine dünne Schicht Klebstoff auf der Mantelfläche der Aussparung im flächigen Element aufzubringen.
In diese Aussparungen wird je eine erfϊndungsgemässe LED-Lichtquelle von der Rückseite des flächigen Elementes her so eingelegt bzw. eingepresst, dass deren Schutzelement in die Aussparung hineinragt und die Leiterplatte der LED- Lichtquelle so auf der hintere Oberfläche des flächigen Elementes aufliegt, dass ihre erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen beidseitig rechtwinklig zu der Geraden, entlang welcher die LED-Lichtquellen verlegt werden, zu liegen kommen.
Oberhalb des flächigen Elementes ist eine Vorrichtung vorhanden, welche zwei, oder im Falle von RGB-LED vier oder noch mehr, mit elektrisch leitendem Klebstoff beschichtete Metallbänder auf Rolle trägt. Die Metallbänder sind beispielsweise zwischen 0,5 cm und 2 cm breit und in der Regel vorzugsweise total weniger als 0, 1 mm dick. Sie haben einen Abstand voneinander, welcher mindestens demjenigen entspricht, den die erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED- Lichtquellen voneinander haben. Mittels einer Anpressrolle werden die Metallbänder so auf die hintere Oberfläche des flächigen Elementes aufgeklebt, dass sie die erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquellen kreuzen und pro Kontaktfläche eine gemeinsame Klebefläche von 0.1 cm2, besser 0.5 cm2 und vorzugsweise 1 cm2 und mehr entsteht.
Alternativ zu dem geschilderten Vorgehen können auch nach dem Einbringen der Aussparungen in das flächige Element zwei beidseitig und mindestens im Abstand der Grosse der Aussparungen verlaufende Metallbänder, vorzugsweise allenfalls mit Zinn oder Lötzinn beschichtete Kupferbänder, auf das flächige Element aufgebracht, d.h. beispielsweise geklebt werden.
Danach werden die erfindungsgemässen LED-Lichtquellen, deren übergrosse Kontaktflächen in diesem Falle vorteilhaft mit Zinn oder Lötzinn beschichtet sind, so in die Aussparungen eingelegt bzw. eingepresst, dass die übergrossen Kontaktflächen auf die beiden Metallbänder zu liegen kommen. Natürlich kann, vor dem Einlegen der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen, auch eine dünne Schicht Lötpaste auf die übergrossen Kontaktflächen und/oder auf die entsprechenden Stellen des Metallbandes aufgebracht werden.
Anschliessend wird mit einem geeigneten Lötwerkzeug, d.h. beispielsweise mit einer sogenannten Thermode welche die beiden übergrossen Kontaktflächen der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle gleichzeitig möglichst vollständig berührt, ein moderater Druck auf die beiden übergrossen Kontaktflächen ausgeübt und die zum Löten, d.h. zum Fliessen der Zinnschicht notwendige thermische Energie eingebracht.
Dank der Tatsache, dass die Summe der Dicken von Leiterplatte und Metallbändern in der Regel einen Betrag von höchstens 0,2 bis 0,25 mm nicht überscheitet, ist auf diese Weise eine erfindungsgemäss mechanisch feste und sichere elektrische Verbindung gewährleistet, die auch bei dünnen flexiblen flächigen Elementen nicht wesentlich aufträgt, d.h. sich nicht an der Oberfläche des flächigen Elementes abzeichnet.
Die genannten dünnen Metallbänder müsssen nicht unbedingt durchgängig von LED- Lichtquelle zu LED-Lichtquelle, sondern allenfalls nur lokal im Bereich der LED- Lichtquellen vorhanden sein . Vorzugsweise sind derartige nur lokal vorhandene Metallbänder so lang, dass eine gute Haftung der Bänder auf der Rückseite des flächigen Elementes sichergestellt ist. In der Regel bedeutet dies, dass nur lokal vorhandene Metallbänder mindestens 1 cm lang oder auch deutlich länger sind. Zusätzlich können nur lokal vorhandene Metallbänder sehr breit, also beispielsweise 2 bis 5 cm oder noch breiter sein.
Die einzelnen, nur lokal vorhandenen Metallbänder sind mittels, vorzugsweise isolierten, litzenartigen Leitern elektrisch miteinander verbunden. Damit diese Litzen nicht auftragen, weisen sie einen kleinen Querschnitt von beispielsweise weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,1 mm auf. In der Regel bedeutet dies, dass die Litzen keinen Isolationsmantel besitzen, sondern beispielsweise als sogenannte Lackdraht-Litzen ausgeführt sind. Damit ein genügend kleiner elektrischer Widerstand sichergestellt ist, sind in der Regel mehere dünne Litzen parallel gefuhrt. Statt die Verbindung zwischen den LED-Lichtquellen und nur lokal vorhandenen Metallbändern erst auf der Rückseite des flächigen Elementes zu vollziehen, kann dies auch vorgängig geschehen. Vorzugsweise ist in diesem Falle je ein Metallbandabschnitt auf die übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquellen aufgelötet. Vorzugsweise sind die Metallbandabschnitte selbstklebend oder werden beispielsweise durch Auftragen einer geeigneten Klebstoffschicht nach dem Verbinden mit den Kontaktflächen der LED-Lichtquelle selbstklebend gemacht. Dabei ist die Klebstoffschicht so angeordnet, dass sie bei der Montage der LED- Lichtquelle die Haftung zwischen den Metallbändern und der Rückseite des flächigen Elementes sicherstellt.
In diesem Falle geschieht auch die elektrische Verbindung mehrerer breits mit Metallbandabschnitten versehenen LED-Lichtquellen mit vorzugsweise isolierten, litzenartigen Leitern vorgängig, vor dem Aufbringen auf die Rückseite des flächgigen Elementes. In der Regel ist es dann sinnvoll die litzenartigen Leiter deutlich länger zu machen als der geplante Abstand zwischen den LED-Lichtquellen in dem flächigen Element, also beispielsweise 110% bis 200% dieses Abstandes. Die Überlänge stellt sicher, dass die Aussparungen im flächigen Element mit grosser Lagetoleranz gefertigt werden dürfen. Verbleibende Überlängen werden durch einen von der direkten Verbindungsgeraden abweichenden Verlauf der litzenartigen Leiter ausgeglichen.
Es ist von Vorteil, aber nicht immer notwendig, beispielsweise ein zusätzliches Schutzband bzw. eine Schutzfolie mittels Aufkleben oder Auflaminieren auf der hinteren Oberfläche des flächigen Elementes aufzubringen. Vorteilhafterweise ist dieses Schutzband bzw. Schutzfolie so breit, dass sie die Rückseite des gesamten flächigen Elementes bedeckt, mindestens ist sie aber so breit, dass die Unterseiten der LED-Lichtquellen und alle Metallbänder vollständig abgedeckt sind. Vorzugsweise ist dieses Band bzw. diese Folie wasserdicht. Dies ergibt im Zusammenspiel mit einem in sich wasserdichten flächigen Element einen gesamthaft wasserdichten Aufbau. Zusätzlich verstärkt ein solches Schutzband bzw. Schutzfolie auch die mechanische Festigkeit des elektrischen Kontaktes zwischen den Metallbändern und der LED-Lichtquelle. Bei ganzflächiger Bedeckung der Rückseite des flächigen Elementes ist die Dicke eines solchen Schutzbandes bzw. Schutzfolie nur in dem Sinne relevant, dass sie die Dicke des gesamten flächigen Elementes erhöht. Sie darf also, je nach Fall, beginnend bei einer Dicke von beispielsweise kleiner als 0,01 mm bis zu einigen mm betragen. Statt des Aufbringens eines zusätzlichen Schutzbandes ist es in vielen Fällen auch möglich eine zusätzliche Schicht, beispielsweise mittels Rakeln, Sprühen oder Schäumen, aufzubringen. Die Dicke einer solchen Schicht ist nur in dem Sinne relevant, dass sie die Dicke des gesamten flächigen Elementes erhöht. Sie darf also, je nach Fall, beginnend bei einer Dicke von beispielsweise kleiner als 0,01 mm bis zu einigen mm betragen.
Offensichtlich sind auf die geschilderte Weise alle erfindungsgemässen LED- Lichtquellen, mindestens abschnittsweise, elektrisch parallel miteinander verbunden. Dies ist ein Vorteil bezüglich der Betriebssicherheit eines gesamten mit LED- Lichtquellen ausgestatten flächigen Elementes, weil nämlich bei Ausfall einer einzelnen LED-Lichtquelle, alle andern weiterhin leuchten. Zu diesem Zwecke muss die gesamte Kette von LED-Lichtquellen mit einer auf mindestens ±5% Prozent genau geregelten Spannung betrieben werden. Die notwenige Spannung beträgt beispielsweise beim Einsatz weisser LED je nach gewünschter Helligkeit normalerweise zwischen 2,8 und 3,3 Volt. Diese Spannung darf auch über die gesamte Länge der LED-Lichtquellen-Kette nur um bis zu maximal 5% abfallen. Beide Forderungen sind leicht zu erfüllen. Eine einstellbare Spannung in der gewünschten Genauigkeit kann auf preiswerte Weise beispielsweise mit einem handelsüblichen Schaltnetzteil erzeugt werden. Ein genügend kleiner Spannungsabfall ist durch entsprechend grosse Leiterquerschnitte, d.h. mit grosser Breite der Metallbänder einhaltbar.
Da mit elektrisch leitendem Klebstoff versehene Metallbänder mit zunehmender Breite rasch teuerer sind, sollten diese nicht breiter als 10 bis 12 mm sein. Dies kann aber bei grosser Länge der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen Kette zu so grossen elektrischen Widerständen fuhren, dass der zulässige Spannungsabfall überschritten wird. Abhilfe schafft hier ein modifiziertes Verfahren. Wie oben geschildert werden zunächst Aussparungen in das flächige Element eingebracht. In einem zusätzlichen Schritt folgt nun aber ein Aufkleben zweier, oder im Falle von RGB-LED vierer, sehr breiter (z.B. 20 bis 300 mm breiter oder auch noch breiter) preiswerter Aluminiumbänder beidseitig der von den Aussparungen gebildeten Geraden. Selbstverständlich können das Einbringen der Aussparungen und das Aufbringen der Metallbänder auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Der Abstand der Metallbänder entspricht dabei dem Abstand der erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen. Danach werden die LED-Lichtquellen in die Aussparungen eingelegt bzw. eingepresst und wie weiter oben geschildert mit den, mit elektrisch leitendem Klebstoff versehenen teuren Metallbändern miteinander verbunden. Da die teuren, mit elektrisch leitendem Klebstoff versehenen Metallbänder hierbei selbstverständlich auch die preiswerten und breiten Metallbänder elektrisch kontaktieren, ist ein genügend kleiner Widerstand auch über sehr grosse Längen sichergestellt.
Eine Kostenersparnis kann entweder so erzielt werden, dass die teuren, mit leitendem Klebstoff beschichteten Bänder nur lokal, also beispielsweise über ein Länge von 3 bis 10 cm, so aufgeklebt werden, dass sie die erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquellen sicher mit den preiswerten, breiten Metallbändern verbinden. Alternativ können aber auch die übergrossen Kontaktflächen der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen, wie weiter oben geschildert, mit den breiten Metallbändern verlötet werden.
Es lohnt sich, den, vier breite Metallbänder fordernden Fall von RGB-LED genauer zu betrachten. Werden beidseitig der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen je zwei, beispielsweise 10 cm breite beispielsweise Aluminiumbänder verwendet, bedeutet dies, dass die dünne Leiterplatte der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle total ca. 22 cm breit sein müsste, um die vier Metallbänder direkt kontaktieren zu können. Dies wäre sehr teuer. Abhilfe schafft ein nochmals leicht modifiziertes Verfahren. Hierzu sind die beiden innen liegenden breiten Metallbänder im Bereich einer erfϊndungsgemässen LED-Lichtquelle entweder auf ca. 2 cm Länge unterbrochen, oder so von der äusseren Seite her eingeschnitten, dass gegen aussen eine teilweise Öffnung von ca. 2 cm Breite entsteht. Die innen liegenden erfmdungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquelle können nun mit einem in Längsrichtung der LED-Lichtquellen-Kette verlaufenden, beispielsweise 3 bis 10 cm langen Stück des mit leitendem Klebstoff versehen schmalen Bandes mit den innen liegenden Metallbändern verbunden werden. Die aussen liegenden erfmdungsgemässen übergrossen Kontaktflächen werden mit den aussen liegenden breiten Metallbändern mittels quer verlaufenden, in ihrer Länge der Breite der breiten Metallbänder entsprechenden, Metallbändern mit leitendem Klebstoff verbunden.
Eine allenfalls noch kostengünstigere und einfacher automatisierbare Variante des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass die erfϊndungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle direkt mit elektrisch leitendem Klebstoff auf die breiten Metallbänder aufgeklebt sind. Damit diese Variante tatsächlich kostengünstig bleibt, darf natürlich kein teurer Leitklebstoff verwendet werden. Offensichtlich darf auch kein Klebstoff verwendet werden, der erst bei Temperaturen von über 80 0C aushärtet, weil sonst viele der flächigen Elemente in welche die LED-Lichtquelle eingebracht werden soll, Schaden nehmen. Es muss also auf einen preiswerten Leitklebstoff, allenfalls mit relativ hohem elektrischen Widerstand, also beispielsweise mit 0,01 bis zu 50 Ω/cm, der zudem zuverlässig bei Temperaturen von weniger als 80 0C, vorzugsweise aber bei Raumtemperatur aushärtet, zurückgegriffen werden. Derartige preiswerte, elektrisch leitende Klebstoffe, die auch sehr grossflächig eingesetzt werden, sind aus der Abschirmung elektrischer Felder bekannt. Beispielsweise bietet die Firma NuSiI ein Sortiment geeigneter Klebstoffe. Es ist prinzipiell ein Leichtes das erfϊndungsgemässe, geschilderte Verfahren so zu modifizieren, dass die erfindungsgemässen LED-Lichtquellen entlang von gekrümmten Linien oder an beliebigen, nicht durch eine geschlossene Line verbindbaren Stellen verlegt werden können. Dazu sind beispielsweise die genannten breiten, preiswerten Metallbänder so aufgeklebt, dass sie die gekrümmte Linie entlang derer die erfindungsgemässen LED-Lichtquellen verlegt werden sollen, mindestens teilweise überdecken. Danach werden die Metallbänder entlang der gekrümmten Line so geschnitten und wieder abgezogen, dass zwischen den metallischen Flächen ein gekrümmtes nicht metallisch beschichtetes Band von der Breite des Abstandes zwischen den erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen der LED-Lichtquellen entsteht. Danach erfolgt das Einlegen der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen und das lokale Verbinden ihrer erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen mit den Metallbändern beispielsweise mittels selbst klebenden, elektrisch leitenden Metallbändern oder durch Verkleben mit dem erwähnten preiswerten Klebstoff.
Es gibt auch Fälle bei denen erfindungsgemässe LED-Lichtquellen in, aus einer Summe von Leuchtpunkten bestehenden, musterartigen Arrangements, wie beispielsweise Kreisen, Dreiecken, Schriftzügen oder beliebigen Bildern angeordnet werden sollen. Auch dies ist mit kleinen Einschränkungen mit kleinem Aufwand möglich. Zum besseren Verständnis der folgenden Beschreibung gehen wir von einer erfindungsgemässen LED Lichtquelle aus, die in Querrichtung zur Verbindungslinie der beiden erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 10 mm breit und in der Richtung dieser Verbindungslinie 30 mm breit ist. Es sind auch andere Dimensionen denkbar.
Für den Zweck der Erzeugung annähernd beliebiger Muster geht man vorteilhaft von einem regelmässigen Raster paralleler Linien aus, auf denen die einzelnen erfindungsgemässen LED-Lichtquellen angeordnet werden, wobei sich die LED- Lichtquellen entlang dieser parallelen Rasterlinien in völlig beliebigen - pro Rasterlinie den Durchmesser des Schutzelementes der verwendeten LED- Lichtquellen plus 1 bis 5 mm, also beispielsweise 3 mm bis 10 mm, nicht unterschreitenden - Abständen folgen. Der Abstand der Rasterlinien untereinander unterschreitet die Hälfte der grossen Breite der eingesetzten LED-Lichtquellen plus einen zusätzlichen Abstand von 1 bis 5 mm, also beispielsweise 16 bis 20 mm, nicht. An den, dem gewünschten Muster entsprechenden Punkten entlang der Rasterlinien werden die zur Einbringung der erfindungsgemässen LED-Lichtquellen notwendigen Aussparungen erzeugt. Auf die Mittellinien zwischen den einzelnen Rasterlinien werden parallel verlaufende Längs-Metallbänder mit einer Breite die um einige mm kleiner ist als die Hälfte der grossen Breite der LED-Lichtquellen, also von beispielsweise 10 mm Breite aufgeklebt. Ausserhalb des Musterbereichs wird ungefähr rechtwinklig zu diesen Metallbändern zunächst ein isolierendes dünnes Klebeband aus beispielsweise PVC, PE oder PI über die Längsmetallbänder geklebt, welches beispielsweise die doppelte Breite der Metallbänder plus beispielsweise 1 bis 5 mm hat, also beispielsweise 25 mm breit ist. Auf dieses isolierende Band werden zwei parallel verlaufende Quer-Metallbänder von beispielsweise je 10 mm Breite so aufgeklebt, dass sie sich gegenseitig und auch die rechtwinklig zu ihnen verlaufenden Längs-Metallbänder nicht berühren. Das rechte dieser beiden Quer- Metallbänder wird nun nach rechts hin mit jedem zweiten der Längsmetallbänder elektrisch verbunden, was jeweils beispielsweise mit einem ungefähr 30 mm langen Metallklebeband mit elektrisch leitendem Klebstoff geschehen kann. Das linke der beiden Quer-Metallbänder wird um ein Längs-Metallband versetzt ebenso nach links hin mit jedem zweiten der Längsmetallbänder elektrisch verbunden. Wird nun elektrisch Plus und elektrisch Minus eines geeigneten, beispielsweise 2,8 bis 3,3 Volt Gleichstrom liefernden Speisegerätes mit je einem der beiden Quer-Metallbänder verbunden, liegen die Längs-Metallbänder offensichtlich abwechselnd an Plus oder Minus. Die erfindungsgemässen LED-Lichtquellen sind so in die Aussparungen eingepresst, dass ihre erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen mit den entsprechenden erfindungsgemässen Längsleiterbahnen elektrisch leitend verklebt sind. Es ist offensichtlich, dass mit dem erfmdungsgemässen Prinzip mit sich kreuzenden, an gewissen Kreuzungspunkten elektrisch verbundenen und an anderen Kreuzungspunkten gegeneinander isolierten Metallbändern, annähernd beliebig komplexe Muster von gemeinsam elektrisch kontaktierbaren erfindungsgemässen LED-Lichtquellen erzeugt werden können.
Noch einfacher sind erfϊndungsgemässe LED-Lichtquellen in, aus einer Summe von Leuchtpunkten bestehenden, musterartigen Arrangements, wie beispielsweise Kreisen, Dreiecken, Schriftzügen oder beliebigen Bildern angeordnet, wenn die Metallbänder nur lokal im Bereich der LED-Leichtquellen vorhanden und mittels dünnen, isolierten Litzen elektrisch miteienander verbunden sind. Es ist offensichtlich, dass die LED-Lichtquellen sich dann entlang völlig beliebiger, direkt das gewünschte Muster bildenden Bahnen folgen können.
Im Folgenden wird die erfindungsgemässe LED-Lichtquelle anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert.
Die Figuren Ia und Ib zeigen perspektivische Explosionsskizzen des prinzipiellen Auf baus einer erfindungsgemässen LED-Lichtquelle mit zwei erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen und beispielsweise einem einfarbigen SMD-LED mit einem Schutzelement in Form eines Rohrabschnittes.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Explosionsskizze des prinzipiellen Auf baus einer erfindungsgemässen LED-Lichtquelle mit vier erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen und beispielsweise einer RGB-SMD-LED mit einem Schutzelement in Form eines Rohrabschnittes.
Figur 3 zeigt die Prinzipskizze eines Querschnitts durch eine in einen Teppich eingebrachte und mittels Metallbändern elektrisch kontaktierte LED-Lichtquelle.
Die erfmdungsgemässe LED-Lichtquelle der Figur Ia besteht aus einer handelsüblichen flexiblen, d.h. ca. 0,05 bis 0,2 mm dicken Leiterplatte 10 mit zwei beispielsweise mit Zinn oder Nickel/Gold beschichteten Kupferschichten 11 und 13 sowie einer isolierenden Trägerschicht 12. Die Trägerschicht 12 besteht wegen der hohen Forderungen bezüglich Schutz gegen Brennbarkeit aus sogenanntem FR4- Material oder vorzugsweise aus Polyimide (PI). Beide Materialen entsprechen nach der UL94 Klassifizierung der Brennbarkeitsstufe "VO". PI hat den weiteren Vorteil einer wesentlich geringeren Gasentwicklung bei hohen Temperaturen.
Die obere allenfalls beschichtete Kupferschicht 11 besitzt im mittleren Bereich zwei Kontaktflächen I Ia, welche auf die verwendete LED 14 abgestimmt sind. Ringförmig darum ist ein, elektrisch neutraler, Bereich I Ib vorhanden, der zur spaltenfreien Befestigung eines Schutzelementes 15 dient. Beidseitig dieses Bereichs I Ib sind, mit mindestens 1 cm2 Fläche, erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen 11c vorhanden.
Die untere allenfalls beschichtete Kupferschicht 13 ist so strukturiert, dass ebenfalls zwei, mit mindestens 1 cm2 Fläche, erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen vorhanden sind. Die erfindungsgemässen übergrossen oberen Kontaktflächen 11c sind mittels nicht dargestellter Durchkontaktierungen mit den unteren erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 13 verbunden, welche ihrerseits wiederum mit den beiden auf die LED 14 abgestimmten Kontaktflächen IIa elektrisch verbunden sind.
Dies bedeutet, dass die LED-Lichtquelle von unten und/oder von oben her über die erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 11c, 13 elektrisch mit der Umwelt verbunden werden kann. Die Fläche der erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 11 c ist mit mindestens 1 cm2 gross genug, dass eine Kontaktierung mittels selbst klebendem Metallband mit elektrisch leitendem Klebstoff oder mittels einem leitenden Klebstoff mit einem relativ hohen Widerstand von beispielsweise bis zu 50 Ω/cm einen reproduzierbaren, kleinen Kontaktwiderstand ergibt. Natürlich ist sie auch gross genug um auf einfache Weise mittels Löten kontaktiert werden zu können, in welchem Falle sie vorteilhaft mit Zinn oder Lötzinn beschichtet ist.
Die LED 14 ist beispielsweise eine sogenannte SMD-LED, die beispielsweise mittels eines Reflow Lötprozesses mit der oberen Kupferschicht 11 der Leiterplatte 10 verbunden ist. Derartige SMD-LED stehen in unterschiedlichsten Bauformen,
Lichtstärken und Lichtfarben am Markt zur Verfügung. Die üblichen Baugrössen reichen von 0,8x1,6x0,4 mm bis 3,5x2,8x2,1 mm. Bei entsprechender Anpassung der
Kontaktflächen I Ia ist es auch möglich, statt einer SMD-LED direkt einen ungehäusten LED-Chip, also direkt den Halbleiterbaustein, zu verwenden, in welchem Falle maximal ein Platzbedarf von 1 mm Durchmesser benötigt wird. Es können auch andersartige LED, wie beispielsweise sogenannte "Throug Hole LED" oder LED die in ihrem Aufbau der "powerLED EOS" der österreichischen Firma
Tridonic entsprechen, verwendet werden. Alternativ zum Löten kann die LED 14 auch mittels Klebetechnik unter Verwendung eines Leitklebstoffes mit geringem elektrischem Widerstand (0,01 Ω/cm) geklebt werden. Das Schutzelement 15 dient in erster Linie dem mechanischen Schutz des LED 14. Im Beispiel ist es als sehr kostengünstiger Rohrabschnitt ausgeführt. Da sein Innendurchmesser so ausgelegt ist, dass er die LED 14 mit dem kleinsten möglichen Abstand umgibt, also beispielsweise nur um 0,5 mm grösser ist als die Diagonale der LED-Kontaktflächen, muss er zu Gewährleistung dieses mechanischen Schutzes nur einige 0,1 mm höher sein als die LED 14. Aus diesem Grunde ist es möglich erfindungsgemässe Gesamtaufbauten zu realisieren, die je nach Art der gewählten LED 14 niedriger als 3 mm, oder 2 mm oder lmm, oder gar 0,5 mm sind. Der äussere Durchmesser den der Rohrabschnitt 15 mindestens haben muss, ergibt sich aus seinem oben besprochenen inneren Durchmesser plus einer den mechanischen Anforderungen entsprechenden minimalen Wandstärke. Er beträgt damit je nach verwendeter LED 14, 2 mm bis 8 mm. Natürlich darf der Rohrabschnitt bei dicken flächigen Elementen auch wesentlich höher, also beispielsweise wenige Millimeter niedriger als die Dicke des flächigen Elementes sein. In solchen Fällen einer Schutzelementhöhe von beispielsweise 7 bis 10 mm und mehr, übernimmt der
Rohrabschnitt 15 zusätzlich die Funktion eines das Licht nach oben leitenden
Reflektors. Zu diesem Zwecke ist er vorteilhaft auf seiner Innenseite mit einer
Rauheit von kleiner als 1 μm bearbeitet. Neben der Erfüllung der gewünschten mechanischen Schutzfunktion sowohl bei extrem niedriger als auch bei hoher Bauweise, ergibt der Rohrabschnitt 15, richtig befestigt und mindestens teilweise ausgegossen auch die geforderte Dichtheit gegen Wasser und Staub. Weiter stellt er aber auch das geforderte ästhetische Aussehen der erfindungsgemässen LED- Lichtquelle sicher.
Der Rohrabschnitt 15 ist beispielsweise ein Abschnitt eines metallischen Rohres aus Stahl, Kupfer, Messing oder Aluminium. Er kann mit Metall beschichtet sein. Soll er direkt gelötet werden, muss er mit einer lötbaren Schicht wie Zinn, Nickel oder Nickel/Gold beschichtet sein. Diese Schicht dient im Falle hoher Rohrabschnitte auch als Reflexionsschicht. Die lötbare Schicht erlaubt es aber vor allem, den Rohrabschnitt 15 auf sehr wirtschaftliche Art im gleichen Arbeitsgang wie das LED 14 mittels Reflow-Löten mit der ringförmigen Struktur I Ib der oberen Kupferschicht 11 zu verbinden. Dieses Löten des Rohrabschnittes 15 ergibt eine mechanisch hoch belastbare sowie absolut gas- und wasserdichte Verbindung zwischen Schutzelement und Leiterplatte. Selbstverständlich kann der Rohrabschnitt 15 alternativ auch in einem separaten Arbeitgang nach dem Löten der LED 14 mittels Klebetechnik befestigt werden. In diesem Fall kann er auch aus einem geeigneten Kunststoff bestehen.
Nach dem Befestigen der LED 14 und des Schutzelementes 15 kann, muss aber nicht unbedingt, der freie Innenraum des Schutzelementes mindestens teilweise, vorzugsweise mit einem transparenten und gut an Metall haftenden Material, beispielsweise Silikon, gefüllt werden. Auf diese Weise wird ein bestmöglicher Schutz der elektrischen Kontaktierung zwischen LED 14 und Kontaktflächen I Ia erreicht. Möglich ist aber auch eine Füllung mit einem beliebigen anderen transparenten Kunststoff. Silikon hat jedoch den Vorteil, dass es den Schutz gegen Brennbarkeit der gesamten erfϊndungsgemässen LED-Lichtquelle in dem Sinne verbessert, dass es selbst nicht brennbar ist und deshalb auch die von ihm umhüllte LED 14, deren Gehäuse in vielen Fällen aus brennbarem Material besteht, an einem Entflammen hindert.
Die erfindungsgemässe LED-Lichtquelle der Figur Ib zeigt, bei ansonsten völlig der Figur Ia entsprechendem Aufbau, eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen l lc. Die Kontaktflächen 11c weisen exakt dieselbe Fläche auf, wie die in Figur Ia gezeigten, haben aber in der Richtung der ihre Mittelpunkte verbindenden Geraden eine wesentlich kleinere Ausdehnung. Dies bringt für die weiter oben besprochene Platzierung vieler erfmdungsgemässer LED-Lichtquellen-zu musterartigen-Anordnungen,- den Vorteil, dass die dort besprochenen parallelen Rasterlinien einen deutlich kleineren Abstand aufweisen müssen und so dichter mit LED-Lichtquellen besetzte Muster erzeugt werden können.
Die erfindungsgemässe LED-Lichtquelle der Figur 2 besteht aus einer handelsüblichen flexiblen, d.h. ca. 0,05 bis 0,2 mm dicken Leiterplatte 20 mit zwei beispielsweise mit Zinn oder Nickel/Gold beschichteten Kupferschichten 21 und 23 sowie einer isolierenden Trägerschicht 22. Die Trägerschicht 22 besteht wegen der hohen Forderungen bezüglich Schutz gegen Brennbarkeit aus sogenanntem FR4- Material oder vorzugsweise aus bekannten Polyimide (PI). Beide Materialen entsprechen nach der UL94 Klassifizierung der Brennbarkeitsstufe "VO". PI hat den weiteren Vorteil einer wesentlich geringeren Gasentwicklung bei hohen Temperaturen.
Die obere allenfalls beschichtete Kupferschicht 21 besitzt im mittleren Bereich vier Kontaktflächen 21a, welche auf die verwendete LED 14 abgestimmt sind. Ringförmig darum ist ein, elektrisch neutraler Bereich 21b vorhanden, der zur Befestigung eines Schutzelementes 25 dient. Beidseitig dieses Bereichs 21b sind je zwei, mit mindestens 1 cm2 Fläche, erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen 21c und 21 d vorhanden.
Die untere allenfalls beschichtete Kupferschicht 23 ist so strukturiert, dass ebenfalls vier, mit mindestens 1 cm2 Fläche, erfindungsgemässe übergrosse Kontaktflächen vorhanden sind.
Selbstverständlich können auch hier die erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 21c und 2 Id und die entsprechenden Flächen 13, analog zu Figur Ib, in der Richtung der Verbindungsgeraden ihrer Mittelpunkte wesentlich kleinere Abmessungen aufweisen, wenn die notwendige Fläche durch eine entsprechend grossere Ausdehnung in Querrichtung zur genannten Verbindungsgeraden garantiert ist.
Die erflndungsgemässen übergrossen oberen Kontaktflächen 21c und 2 Id sind mittels nicht dargestellter Durchkontaktierungen mit den entsprechenden unteren erfmdungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 23 verbunden, welche ihrerseits wiederum mit den vier auf die LED 24 abgestimmten Kontaktflächen 21a elektrisch verbunden sind.
Dies bedeutet, dass die erfϊndungsgemässe LED-Lichtquelle von unten und/oder von oben her über die erflndungsgemässen übergrossen Kontaktflächen 21c und 2 Id, elektrisch mit der Umwelt verbunden werden kann. Die Fläche der erflndungsgemässen übergrossen Kontaktflächen ist mit mindestens 1 cm gross genug, dass eine Kontaktierung mittels selbst klebendem Metallband mit elektrisch leitendem Klebstoff - oder mittels eines leitenden Klebstoffs mit einem relativ hohen Widerstand oder mittels allenfalls nur teilweisem Löten - einen reproduzierbaren, kleinen Kontaktwiderstand ergibt.
Die LED 24 ist beispielsweise eine sogenannte RGB-fähige SMD-LED, die mittels eines Reflow Lötprozesses mit der oberen Kupferschicht 21 der Leiterplatte 20 verbunden wird. Derartige SMD-LED stehen in unterschiedlichsten Bauformen, Lichtstärken und Lichtfarben am Markt zur Verfügung. Die üblichen Baugrössen reichen von 0,8x1,6x0,4 mm bis 3,5x2,8x2,1 mm. Alternativ zum Löten kann die LED 24 auch mittels Klebetechnik unter Verwendung eines Leitklebstoffes mit sehr geringem elektrischem Widerstand (< 0,001 Ω/cm) geklebt werden. Das Schutzelement 25 dient in erster Linie dem mechanischen Schutz des LED 24. Es ist beispielsweise in Form eines Rohrabschnittes ausgeführt. Da der Innendurchmesser des Rohrabschnittes so ausgelegt ist, dass er die LED 24 mit dem kleinsten möglichen Abstand umgibt, also beispielsweise nur um 0,5 mm grösser ist als die Diagonale der LED-Kontaktflächen, muss er zu Gewährleistung dieses mechanischen Schutzes nur einig 0,1 mm höher sein als die LED 24. Aus diesem Grunde ist es möglich erfindungsgemässe Gesamtaufbauten zu realisieren, die je nach Art der gewählten LED 24 niedriger als 3 mm, oder 2 mm oder lmm, oder gar 0,5 mm sind. Natürlich darf der Rohrabschnitt bei dicken flächigen Elementen auch wesentlich höher, also beispielsweise wenige Millimeter niedriger als die Dicke des flächigen Elementes sein. In solchen Fällen einer Rohrabschnittshöhe von beispielsweise 7 bis 10 mm und mehr, übernimmt der Rohrabschnitt 25 zusätzlich die Funktion eines das Licht nach oben leitenden Reflektors. Zu diesem Zwecke ist er vorteilhaft auf seiner Innenseite mit einer Rauheit von kleiner als 1 μm bearbeitet. Neben der Erfüllung der gewünschten mechanischen Schutzfunktion sowohl bei extrem niedriger als auch bei hoher Bauweise, ergibt der Rohrabschnitt 25, richtig befestigt und mindestens teilweise ausgegossen auch die geforderte Dichtheit gegen Wasser und Staub. Weiter stellt er aber auch das geforderte ästhetische Aussehen der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle sicher.
Der Rohrabschnitt 25 ist beispielsweise ein Abschnitt eines metallischen Rohres aus Stahl, Kupfer, Messing oder Aluminium. Er kann beschichtet sein. Soll er direkt gelötet werden, sollte er mit einer lötbaren Schicht wie beispielsweise Zinn oder Nickel/Gold beschichtet sein. Diese Schicht dient im Falle hoher Rohrabschnitte auch als Reflexionsschicht. Die lötbare Schicht erlaubt es aber vor allem, den Rohrabschnitt 25 auf sehr wirtschaftliche Art im gleichen Arbeitsgang wie die LED 24 mittels Reflow-Löten mit der oberen Kupferschicht 21 zu verbinden. Dieses Löten des Schutzelementes 25 ergibt eine mechanisch hoch belastbare sowie absolut gas- und wasserdichte Verbindung zwischen Rohrabschnitt und Leiterplatte. Selbstverständlich kann der Rohrabschnitt 25 alternativ auch in einem separaten Arbeitgang nach dem Löten der LED 24 mittels Klebetechnik befestigt werden.
Nach dem Befestigen der LED 24 und des Schutzelementes 25 wird der freie Innenraum des Schutzelementes mindestens teilweise, vorzugsweise mit einem transparenten und gut an Metall haftenden, beispielsweise Silikon gefüllt. Auf diese Weise wird ein bestmöglicher Schutz der elektrischen Kontaktierung zwischen LED 24 und Kontaktflächen 21a erreicht. Möglich ist aber auch eine Füllung mit einem beliebigen anderen transparenten Kunststoff. Silikon hat jedoch den Vorteil, dass es den Schutz gegen Brennbarkeit der gesamten erfindungsgemässen LED-Lichtquelle in dem Sinne verbessert, dass es selbst nicht brennbar ist und deshalb auch die von ihm umhüllte LED 24, deren Gehäuse in vielen Fällen aus brennbarem Material besteht, an einem Entflammen hindert.
Es ist offensichtlich, dass neben den gezeigten Aufbaumöglichkeiten der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle in Figur Ia, Figur Ib und Figur 2 eine grosse Zahl weiterer Aufbaumöglichkeiten besteht, welche alle der allgemeinen Beschreibung im oberen Teil der vorliegenden Erfindung genügen. In diesem Sinne sind die gezeigten Beispiele nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern sie dienen - neben der Tatsache, dass die LED-Lichtquelle auf diese Weise durchaus kostengünstig gefertigt werden kann - lediglich der Verdeutlichung der Grundgedanken.
In Figur 3 ist die Prinzipskizze eines Querschnittes durch ein flexibles flächiges Element, also beispielsweise in einen Teppich eingebaute LED-Lichtquelle gezeigt. Der Durchmesser des Schutzelements 34 der LED-Lichtquelle ist beispielsweise um 0,1 mm grösser als derjenige der entsprechenden Aussparung im beispielsweisen Teppich 38. Das Schutzelement 34, hier beispielsweise ebenfalls ein Rohrabschnitt, ist so in die Aussparung des beispielsweisen Teppichs 38 eingepresst, dass die Bindung 38b des beispielsweisen Teppichs entlang dem Mantel des Schutzelementes 35 leicht gegen oben gepresst wird und so eine Dichtung bildet. Der Teppichflor 38a wird, dank seiner eigenen und der Flexibilität der Bindung, dadurch kaum verformt.
Um die so erreichte in den meisten Fällen genügende Wasserdichtheit weiter zu verbessern, kann - in Figur 3 nicht gezeigt - vor dem Einpressen des Schutzelements
34 der erfϊndungsgemässen LED-Lichtquelle die Mantelfläche der Aussparung mit einem vorzugsweise transparenten und vorzugsweise auf Basis Silikon aufgebauten, vorzugsweise niedrig viskosen Klebstoff bestrichen werden, so dass sich nach
Aushärten des Klebstoffes eine absolut wasser- und staubdichte Verbindung zwischen dem Schutzelement 34 und der Mantelfläche der Aussparung ergibt.
Bezüglich der elektrischen Kontaktierung ist der Fall gezeigt, dass seitlich von den Aussparungen im Teppich zwei breite Metallbänder 36 verlaufen, auf welchen die erfϊndungsgemässen übergrossen, nicht im Detail gezeigten Kontaktflächen der Leiterplatte 30 der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle mit einer nicht darstellbaren, dünnen und elektrisch leitenden Klebeschicht aufgeklebt oder mittels einer dünnen Zinn- oder Lötzinnschicht verlötet sind. Diese beiden Komponenten sind mit einer, beispielsweise aufgerakelten, wasserdichten und die genannte Verklebung mechanisch festigenden Schutzschicht, allenfalls aus demselben Material wie die beispielsweise Teppichbindung 38b überzogen. Trotz der Tatsache, dass die Komponenten Leiterplatte der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle 30, breites Kontakt-Metallband 36 und Abdeckband 37, der besseren Sichtbarkeit wegen etwa um eine Faktor 2 gegenüber der Teppichhöhe überhöht dargestellt sind, ist deutlich erkennbar, dass die Summe der Dicken dieser Komponenten so klein ist, dass kein Auftragen an der Oberfläche des Teppichs stattfindet.
Die geschilderten einfachen Aufbauten der erfindungsgemässen LED-Lichtquelle sind nicht nur in sich kostengünstig herstellbar und stellen nicht nur bei sehr flacher Bauhöhe die geforderte mechanische Festigkeit, Dichtheit und Ästhetik sicher, sondern sie ermöglichen dank den - zumindest bezüglich der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung innovativen - erfindungsgemässen übergrossen Kontaktflächen die einfachste mögliche, dank ihrer in der Regel totalen Dicke von höchsten 0,3 mm absolut nicht auftragende und in der Anwendung äusserst flexible Befestigung und elektrische Kontaktierung der LED-Lichtquelle in flächigen Elementen.
Es existieren eine Vielzahl weiterer Aufbau- und Erweiterungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung, von denen hier noch eine erwähnt werden soll.
Es ist möglich zusätzlich zur LED 14, 24, 34 einen Steuerungsbaustein auf der Leiterplatte 10,20,30 unterzubringen, der vorteilhaft im Inneren des Schutzelementes angeordnet ist, aber nicht unbedingt dort angeordnet sein muss. Die Funktion diese
Steuerungsbausteines ist prinzipiell diejenige eines adressierbaren Schalters, der auf die Übermittlung seiner Adresse hin, mindestens eine der LED 14, 24 ,34 auf der
Leiterplatte 10, 20, 30 je nach dessen bzw. deren momentanen Zustand ein- beziehungsweise ausschaltet. Der Baustein muss dazu im einfachsten und bevorzugten Fall lediglich eine im digitalen Befehl beinhaltete Nummer als seine
Adresse erkennen können. Jedes Mal wenn er seine Adresse erkennt, ändert er den
Schaltzustand der mindestens einen LED 14, 24, 34. Auf diese Weise lassen sich in einer Reihe oder in einem Muster von LED laufende Lichtsignale oder gar wechselnde Muster oder Schriftzüge erzeugen. Es ist aber auch möglich, dass der Steuerungsbaustein nach Erkennen seiner Adresse zusätzliche übermittelte Information übernimmt, die ihn veranlasst, mindestens eine der auf der Leiterplatte (10, 20, 30) vorhandenen LED (14, 24, 34) beispielsweise für diese Zeit an- oder auszuschalten oder beispielsweise für eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Frequenz blinken zu lassen oder beispielsweise die Helligkeit der LED (14, 24, 34) zu ändern.
Natürlich müssen zu diesem Zweck alle LED die angesteuert werden sollen, mit einer, allenfalls virtuellen, Steuerleitung miteinander und gemeinsam mit einem entsprechenden Steuergerät verbunden sein.
Eine elegante und deshalb bevorzugte Möglichkeit ist es, die beiden sowieso zur Versorgung der LED-Lichtquellen mit Gleichstrom vorhandenen Leitungen als virtuelle Steuerleitung zu verwenden. Dieses Prinzip ist unter dem Namen "Power Line Control" bekannt und macht prinzipiell nichts anderes, als der Versorgungs- Spannung ein hochfrequentes Signal aufzumodulieren, das die gewünschten Informationen an die einzelnen an die Leitungen angeschlossenen Steuerbausteine übermittelt. Offensichtlich wird auf diese Weise keine der erfindungsgemässen Aufbaumöglichkeiten verkompliziert.
Eine weitere weniger elegante Möglichkeit ist es, das Prinzip der sogenannten Feldbus-Systeme wie beispielsweise Profϊbus, Interbus-S, DeviceNet, Modbus plus, CTNET, Sercos, und so weiter zu verwenden, die aber alle eine zusätzliche Steuerleitung benötigen. Eine solche zusätzlich Steuerleitung kann zwar nach dem in Figur 2 gezeigten RGB-Aufbau leicht zur Verfügung gestellt werden, verkompliziert aber die erfmdungsgemässe Aufbaumöglichkeit der musterartigen Anordnung von erfindungsgemässen LED-Lichtquellen deutlich. Bei allen genannten Möglichkeiten darf die Übermittlungsdauer der Signale - aus Sicht von BUS-Experten - die kleine Ewigkeit einiger Millisekunden betragen, ohne dass die geschilderte Funktionalität eingeschränkt ist. Auch eine hohe Zuverlässigkeit der Übertragung ist in der Regel nicht vorrangig. Die momentan am Markt erhältlichen entsprechenden Bausteine bzw. Baugruppen sind alle auf wesentlich höhere Übertragungsraten ausgelegt und bieten vor allem auch zusätzliche Funktionalitäten und sehr hohe Zuverlässigkeiten. Sie sind deshalb nicht nur zu gross sondern auch wesentlich teurer als das anzusteuernde Element, d.h. eine einzelne SMD-LED, was natürlich absurd ist. Zur Realisierung des geschilderten Gedankens muss deshalb vermutlich ein spezieller, möglichst einfacher und kleiner ASIC-Baustein entwickelt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. LED-Lichtquelle zum Einbau in flächige Elemente (38), mit einer in der Regel dünnen, beispielsweise 0,05 bis 0,2 mm dicken, in Ausnahmefallen aber bis zu einigen Millimetern dicken, Leiterplatte (10, 20 ,30) als Träger für mindestens eine LED (14, 24, 34), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (10, 20,
30) Kontaktflächen (1 Ic, 21c, 2Id) von mindesten 0,1 cm2, besser aber von 0,5 cm2 und vorzugsweise von 1 cm2 oder grösser aufweist, die der elektrischen Verbindung zur Umwelt hin dienen und dank ihrer Grosse einen reproduzierbaren Kontaktwiderstand sicherstellen, wenn sie - mittels am Markt erhältlicher, mit elektrisch leitendem Klebstoff beschichteten Metallbändern (36) kontaktiert sind, oder mit Metallbändern (36) mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes verbunden sind, auch wenn dieser Klebstoff einen relativ hohen Widerstand von beispielsweise bis zu 50 Ω/cm aufweist, oder - mit Metallbändern (36) mittels eines Lötprozesses der durch
Aufschmelzen einer,allenfalls auf den Kontaktflächen (Hc, 21c, 2Id) und/oder den Metallbändern (36) vorhandenen, Schicht aus Zinn oder Lötzinn stattfindet, verbunden sind, auch wenn diese Verlötung nicht vollständig, sondern nur inselartig stattfindet.
2. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie oberhalb der Leiterplatte (10, 20 ,30) eine Aufbauhöhe aufweist, die um mindestens 0,1 mm bis einige mm kleiner ist als die Dicke des flächigen Elementes (38) in welches sie eingebaut ist, also beispielsweise 0,5 mm bis 3 mm oder je nach flächigem Element (38) auch bis zu 10 mm und mehr, hoch ist.
3. LED-Lichtquelle nach einem der vorgängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens ein, jeweils mindestens eine LED (14, 24, 34) umgebendes, allenfalls mit einem transparenten Material gefülltes, Schutzelement (15, 25, 35) aufweist, das sicherstellt, dass die LED- Lichtquelle Druckbelastungen von mehr als 10 N/mm2 und dem vielfach überrollt werden mit einem kleinräderigen, schweren Transportwagen widersteht und darüber hinaus, im Falle der Füllung mit einem transparenten Material, in sich wasser- und staubdicht ist.
4. LED-Lichtquelle nach einem der vorgängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine verwendete LED (14, 24 ,34) eine, nur eine oder auch mehrere Lichtfarben abstrahlende, SMD-LED ist.
5. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED (14, 24 ,34) ein LED-Chip, also direkt der lichtemittierende Halbleiter-Baustein ist.
6. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED (14, 24 ,34) ein Licht emittierendes Element auf organischer Basis, also eine sogenannte "Organic Light Emitting Diode (OLED)" ist.
7. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schutzelement (15, 25, 35) ein ringartiges Element mit beliebigem Querschnitt und beliebiger Umfangsform ist.
8. LED-Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine ringartige Schutzelement (15, 25, 35) ein rohräbschnittartiges Element ist.
9. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadu rch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schutzelement (15, 25, 35) aus Stahl oder Aluminium oder Kupfer oder Messing oder aus einem anderen geeigneten Metall ist und dass dieses Metall, wenn notwendig, mit mindestens einer Metallschicht versehen ist, die sicherstellt, dass das Schutzelement (15, 25, 35), wenn gewünscht in einem Arbeitsgang zusammen mit der LED (14, 24, 34), lötbar ist.
10. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schutzelement (15, 25, 35) eine Platte mit beliebiger
Umfangsform aus Kunststoff oder Metall ist, die mindestens eine LED- Öffnung in Form eines Durchgangsloches für je mindestens eine LED (14, 24, 34) aufweist.
11. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine LED-Öffnung des Schutzelementes
(15, 25, 35) eine reflektorartige innere Mantelfläche aufweist.
12. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen LED-Öffnung des mindestens einen Schutzelementes (15, 25, 35) ein transparentes oder transluzentes dekoratives Element, wie beispielsweise eine Glaskugel oder ein Kristall befestigt ist.
13. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schutzelement (15, 25, 35) eine einseitig geschlossene Platte mit beliebiger Umfangsform aus transparentem Kunststoff oder aus Glas ist, die mindestens eine LED-Öffnung in Form einer Aussparung für je mindestens eine LED (14, 24, 34) aufweist.
14. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (10, 20, 30) zusätzlich mindestens ein adressierbarer elektronischer Baustein vorhanden ist, der nach dem Erkennen der ihm zugeordneten Adresse mindestens eine der auf der Leiterplatte (10, 20, 30) angeordneten LED (14, 24, 34) je nach dem momentanen Zustand der LED (14, 24, 34) an- oder ausschaltet oder mindestens eine der LED (14, 24, 34) gemäss einer allfälligen zusätzlich übermittelten Information beispielsweise für eine bestimmte Zeit an- oder ausschaltet oder beispielsweise für eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Frequenz blinken lässj oder beispielsweise die Helligkeit der LED (14, 24, 34) ändert.
15. LED-Lichtquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine adressierbare elektronische Baustein auf der Leiterplatte (10, 20, 30) ein Power-Line-Modul ist, das heisst, dass er seine Adresse und allfallige Zusatzinformation, ohne zusätzliche Steuerleitung über die beiden Stromversorgungsleitungen erhält.
16. Leuchtaufbau, aufweisend eine LED-Lichtquelle nach einem der vorgängigen Ansprüche und zusätzlich aufweisend mindestens ein Metallband (36), welches die Kontaktflächen (1 Ic, 21c, 2Id) der LED-Lichtquelle kontaktiert.
17. Leuchtaufbau nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallband (36) mindestens zwei LED-Lichtquellen elektrisch miteinander verbindet.
18. Leuchtaufbau nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallband (36) nur lokal, also beispielsweise auf eine Länge von 1 bis 20 cm, im Bereich der LED-Lichtquellen vorhanden ist und dass diese lokal vorhandenen Metallbänder (36) mit, allenfalls im Sinne von Lackdrahtlitzen ausgeführten, Metalllitzen elektrisch miteienander verbunden sind.
19. Verfahren zur Anordnung, in Art einer, mindestens eine LED-Lichtquelle umfassenden, elektrischen Kette verbundenen, entlang einer Geraden platzierten LED-Lichtquellen nach einem der vorgängigen Ansprüchen flächige Elemente (38), bei welchem in beliebigen Abständen entlang einer Geraden Aussparungen in das flächige Element (38) eingebracht werden, deren Umfang dem Aussenumfang des Schutzelementes (15, 25, 35) der LED-Lichtquelle entsprechen worauf in jede dieser Aussparungen eine LED-Lichtquelle mit dem Schutzelement (15, 25, 35) so eingelegt oder eingepresst wird, dass die Kontaktflächen der LED-Lichtquelle (1 Ic, 21c, 2Id) rechts und links neben der Verbindungsgerade der Aussparungen liegen, worauf die, sich entsprechenden, Kontaktflächen (Hc, 21c, 2Id) der LED-Lichtquellen je mittels eines durchlaufenden Metallbandes (36), elektrisch miteinander verbunden werden, wobei die Reihenfolge der beiden vorher genannten Schritte auch ausgetauscht sein kann wobei die Breite eines dieser Metallbänder (36) mindestens so gross ist, dass die gemeinsame Fläche des Metallbandes (36) und der Kontaktfläche (Hc, 21c, 2Id) mindestens 0,1 cm2, besser 0,5 cm2 und vorzugsweise 1 cm2 oder mehr ist, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen der LED-Lichtquellen (llc, 21c, 2Id) und den Metallbändern (36) entweder durch eine Beschichtung des Metallbandes (36) mit elektrisch leitendem Klebstoff, oder durch einen elektrisch leitenden Klebstoff, dessen elektrischer Widerstand bis zu 50 Ω/cm betragen darf und der beispielsweise vor dem Verlegen der Metallbänder (36) auf die Kontaktflächen (1 Ic, 21c, 2Id) aufgebracht wird, oder durch eine Verlötung gemäss Anspruch 1, sichergestellt ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem die Aussparungen nicht entlang einer Geraden, sondern entlang einer beliebig gekrümmten und/oder mäandrierenden Linie platziert sind, wobei die zur elektrischen Kontaktierung notwendigen beiden metallischen Flächen so gebildet sind, dass vor dem Einbringen der LED-Lichtquellen in die Aussparungen der gesamte von der genannten Linie durchlaufene Bereich mit einem Metallband oder mehreren elektrisch verbundenen Metallbändern überklebt ist und eine von Metall freie Fläche in Form eines 1 bis 5 mm breiten Streifens, mit der genannten Linie als Mittellinie, aus der Metallfläche herausgetrennt ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem die Aussparungen nicht entlang einer Geraden, sondern entlang einer beliebig gekrümmten und/oder mäandrierenden Linie platziert sind, wobei, gemäss Anspruch 18, die, die Kontaktflächen (Hc, 21c, 2Id) der LED-Lichtquellen kontaktierenden Metallbänder (36) gemäss Anspruch 18 nur lokal, also beispielsweise auf eine Länge von 1 bis 20 cm, im Bereich der LED-Lichtquellen vorhanden sind und dass diese lokal vorhandenen Metallbänder (36) mit, allenfalls im Sinne von Lackdrahtlitzen ausgeführten, Metalllitzen elektrisch miteinander verbunden sind.
22. Verfahren zur Anordnung elektrisch miteinander verbundener und musterartig oder schriftartig platzierter LED-Lichtquellen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in flächige Elemente (38), bei welchem in beliebigen Abständen, welche die halbe schmale Breite der eingesetzten LED-Lichtquellen nicht unterschreiten, entlang von, in regelmässigen, die halbe grosse Breite der eingesetzten LED-Lichtquelle plus 1 bis 5 mm nicht unterschreitenden, Abständen verlaufenden parallelen Geraden, Aussparungen in das flächige Element (38) eingebracht werden, deren Durchmesser dem Aussendurchmesser des Schutzelementes (15, 25, 35) der LED-Lichtquelle entsprechen, - worauf entlang der Mittellinien zwischen den genannten parallelen
Geraden längs verlaufende Metallbänder aufgeklebt werden, deren Breite höchstens dem Abstand der genannten Mittellinien minus dem Durchmesser der genannten Aussparungen entspricht, worauf im Wesentlichen rechtwinklig zu den genannten parallelen Linien und ausserhalb des Bereichs der musterartigen Anordnung der LED-
Lichtquellen zwei weitere, quer verlaufende Metallbänder so aufgebracht werden, dass das eine quer verlaufende Metallband jedes zweite längs verlaufende Metallband elektrisch kontaktiert und das andere quer verlaufende Metallband, um ein längs verlaufendes Metallband verschoben, jedes zweite längs verlaufende Metallband elektrisch kontaktiert, womit nach Anlegen der beiden Pole einer elektrischen Gleichspannung an die beiden quer verlaufenden Metallbänder die längs verlaufenden Metallbänder alternierend an Plus bzw. Minus liegen, worauf in jede der genannten Aussparungen eine LED-Lichtquelle so eingelegt oder eingepresst wird, dass deren Kontaktflächen (11c, 21c, 2Id) rechts und links neben der Verbindungsgeraden der Aussparungen liegen und mit den längs verlaufenden Metallbändern elektrisch so verbunden werden, dass die Polaritäten stimmen, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen der LED-Lichtquellen (1 Ic, 21c, 2Id) und den Metallbändern entweder durch eine Beschichtung der dann selbstklebenden Metallbänder mit elektrisch leitendem Klebstoff oder durch einen elektrisch leitenden Klebstoff, dessen elektrischer Widerstand bis zu 50 Ω/cm betragen darf und der beispielsweise vor dem
Verlegen der LED-Lichtquellen auf deren Kontaktflächen (Hc, 21c, 2Id) aufgebracht ist, , oder durch eine Verlötung gemäss Anspruch 1, sichergestellt ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei dem alle LED-Lichtquellen und alle Metallbänder beziehungsweise Metallflächen von der Rückseite her so mit einer zusätzlichen Schicht überzogen sind, dass diese zusätzliche Schicht in sich wasserdicht ist und mit der hinteren Oberfläche des flächigen Elementes (38) eine wasserdichte Verbindung besitzt, sowie die elektrischen
Verbindungen zwischen den LED-Lichtquellen und den Metallbänder beziehungsweise Metallflächen mechanisch festigt.
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