DE102012013831B4

DE102012013831B4 - LED-Board

Info

Publication number: DE102012013831B4
Application number: DE102012013831.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Assenmacher; Mehmet Bilge; Yannik Bolz; Maria Hernandez; Alexander Krauß; Raphael Krühler; Franz Mirschberger; Paul Nesterow; Tim Rams; Florian Rottmann; Anna Stockhausen; Thomas Wagner
Original assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Current assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: DE202012012629U1; DE102012013831A1

Abstract

LED-Board (1) mit einem sandwichartigen Aufbau zur flexiblen, fassungslosen Anordnung von LEDs (6) unterschiedlicher Beschaffenheit und Farben, dadurch gekennzeichnet, dass dieser sandwichartige Aufbau besteht aus zwei äußeren Isolationsschichten (2), die miteinander verbunden sind wahlweise durcha) zwei trägerbasierte, doppelseitig haftklebend ausgerüstete Klebebänder, die jeweils eine elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3), eine Leiterfolie (4) und eine elektrisch nicht-leitende Verbindungsklebstoffschicht (5) enthalten mit einer zwischen den beiden doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebändern liegenden Isolationsschicht (2), wobei die doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebänder und die Isolationsschichten (2) so angeordnet sind, dass die elektrisch nicht-leitende Verbindungsklebstoffschicht (5) des ersten doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands an der ersten äußeren Isolationsschicht (2) anliegt und dass die leitfähige Klebstoffschicht (3) des zweiten doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands an der zweiten äußeren Isolationsschicht (2) anliegt oderb) einen zusammenkaschierten trägerlosen Klebeverbund aus vier Schichten, bei denen jeweils zwei elektrisch nicht-leitende, auch die Funktion einer Isolationsschicht (2) mit erfüllende Klebstoffschichten (5), und zwei elektrisch leitfähige, auch die Funktion einer Leiterfolie (4) mit erfüllende Klebstoffschichten (3), alternierend miteinander verbunden sind oderc) eine Kombination zweier trägerbasierter, einseitig haftklebend ausgerüsteter Klebebänder, die jeweils eine Leiterfolie (4) und eine elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3) enthalten, wobei zum einen eine Isolationsschicht (2) auf die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3) des ersten einseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands aufgebracht wurde und zum anderen eine Lage eines elektrisch nicht-leitendenVerbindungsklebstoffs (5) diese Isolationsschicht (2) mit der Leiterfolie (4) des zweiten, einseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands verbindet.

Description

Es handelt sich bei der vorliegenden Erfindung um auf einfache Weise herstellbare LED-Leuchtboards zu Dekorations- und/oder Informationszwecken auf frei wählbarem Untergrund, die eine völlig flexible Verteilung und einen raschen Austausch der LEDs auf dem Board unabhängig von Fassungen, Steckern und Kabeln ermöglichen.
„Licht emittierende Dioden“, kurz LEDs oder Leuchtdioden, sind relativ einfach aufgebaut: Sie bestehen im Wesentlichen aus vier Bauteilen, nämlich dem LED-Chip, einem Reflektor mit Kontakt zur Kathode, einem Golddraht als Kontakt zur Anode und einer Kunststofflinse, die die anderen Bauteile in sich vereint und fixiert. Anode und Kathode sind üblicherweise als Stifte oder Pins mit gleicher Länge ausgebildet, die in eine Fassung eingesteckt und damit den zur Beleuchtung notwendigen Kontakt mit der Spannungsquelle herstellen.
LEDs werden aus Halbleiter-Bauelementen hergestellt, die eine Diode bilden, welche Strom nur in ein Richtung fließen lässt und dabei die elektrische Energie in Licht umwandelt. Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so wandern Elektronen von der n-dotierten auf die p-dotierte Seite und geben dabei Licht, Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung mit einer vom Halbleitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab, die Elektronen geben ihre Energie in Form eines Lichtblitzes frei. Da die p-Schicht sehr dünn ist, kann das Licht entweichen. Schon bei kleinen Stromstärken ist eine Lichtabstrahlung wahrnehmbar. Die Lichtstärke wächst proportional mit der Stromstärke.
Es gibt LEDs in unterschiedlichen Farben, Größen und Bauformen. Deshalb werden sie zunehmend als Signal- und Lichtgeber für die unterschiedlichsten Zwecke verwendet.
Die Leuchtdiode schaltet sehr schnell vom leuchtenden in den nicht-leuchtenden Zustand. Wie jede andere Diode ist auch die LED polungsabhängig. Die eine Anschlussseite ist die Anode, die andere Seite die Kathode.
Leuchtdioden reagieren sehr empfindlich auf einen zu großen Durchlassstrom. Deshalb darf eine Leuchtdiode niemals direkt an eine Spannung angeschlossen werden. Eine Leuchtdiode muss immer mit einem Vorwiderstand oder einem strombegrenzenden Bauteil betrieben werden. Mit einem Vorwiderstand wird der Durchlassstrom, der durch die Leuchtdiode fließt, begrenzt. Bei der Widerstandsbestimmung muss die jeweilige Durchlassspannung berücksichtigt werden. Eine Leuchtdiode brennt schon bei einem Bruchteil des maximalen Durchlassstroms. Außerdem müssen Leuchtdioden nicht zwingend mit ihrer vollen Leuchtstärke strahlen. Meist reichen schon wenige mA aus, um eine ausreichende Helligkeit zu erzeugen.
Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine thermischen Strahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochromatisch. Deshalb sind sie beim Einsatz als Signallicht besonders effizient im Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen zur Erzielung einer monochromen Farbcharakteristik Farbfilter den größten Teil des Spektrums absorbieren müssen. LEDs enthalten kein Quecksilber, haben einen geringeren Energiebedarf im Betrieb, geben kaum Wärme ab, weshalb keine Lampenfassungen erforderlich sind, sie sind in hohem Maße stoß- und vibrationsfest, sie sind praktisch trägheitslos schaltbar und verursachen relativ geringe Entsorgungskosten. Alle diese Eigenschaften machen LEDs zu einem immer stärkere Verbreitung findenden Leuchtmittel.
Aus der Patent- und sonstigen Literatur sowie auch aus dem Alltag sind vielfältige Anwendungen von LEDs bekannt. Bei der weit überwiegenden Anzahl dieser Anwendungen sind im Gegensatz zum erfindungsgemäßen LED-Board die LEDs an eine entsprechende Fassung und direkt über entsprechende Leitungen bzw. Kabel mit einer Stromquelle verbunden und daher weniger flexibel in Ihren Einsatzmöglichkeiten. Beim vorliegenden LED-Board jedoch ist eine völlig flexible Verteilung der Beleuchtung möglich, das Board kann z.B. eine beleuchtete Tafel sein mit einer Karte oder einem Fluchtwegeplan als Oberfläche.
Ermöglicht wird dies im wesentlichen durch zwei kennzeichnende Merkmale der Erfindung, nämlich zum einen den spezifischen schichtweisen Aufbau des Boards unter Verwendung elektrisch leitfähiger Haftklebebänder sowie die Modifizierung der LED-Pins.
Ähnliche Systeme werden bereits in der Patentliteratur beansprucht, so insbesondere in US 2009 / 0 201 680 A1 in der ein schichtweiser Aufbau des Boards und Modifizierungen von LED-Pins zur Herstellung eines Boards mit im Prinzip denselben Funktionen wie auch beim erfindungsgemäßen hier vorliegenden Board beschrieben werden. Weitere solche Systeme werden in CN 201215292 Y, CN 201383612 Y, CN 201706251 U und WO 2010/121532 A1 vorgestellt. In keiner dieser Schriften aber werden elektrisch leitfähige Klebstoffschichten oder sogar elektrisch leitfähige Klebebänder als Bestandteil der Boards in Erwägung gezogen, sondern als leitfähige Schichten werden explizit Metallnetze, Aluminiumfolien oder elektrisch leitfähige Textilien aufgeführt. LED-Boards mit Schichtaufbau sind auch aus WO 88/ 09 984 A1 , DE 697 11 642 T2 , WO 2007/ 006 147 A1 und EP 2 037 723 A2 bekannt.
Das hier vorliegende erfindungsgemäße Board (1) wird im Folgenden auch anhand der beiden beigefügten Figuren näher erläutert. E besteht aus mindestens 3 Isolations- (2) und 2 Leiterschichten (3), die in folgender Reihenfolge angeordnet sind: Isolationsschicht (2) - Leiterschicht (3) - Isolationsschicht (2) - Leiterschicht (3) - Isolationsschicht (2). Je nach Art des als Leiterschicht eingesetzten Materials können noch zusätzliche Schichten in Form eines Verbindungsklebers (5) und einer Leiterfolie (4) in dem schichtförmigen Aufbau enthalten sein. Bei den beiden Leiterschichten (3) wird jeweils eine als Phasenschicht und eine als Nullleiterschicht verwendet. Diese beiden Schichtarten sind über Leitungen direkt mit den Polen einer Batterie verbunden, die als Spannungsquelle dient. Nicht- leitende Isolationsschichten (2) können z.B. aus Schaum, aus Gummi oder auch aus einer Kombination daraus sein. Die eigentlichen LEDs (6) sind insofern modifiziert, als einer der beiden Pins einer LED, nämlich der Minuspol in der Weise gekürzt wird, dass er lediglich bis in die erste leitfähige Schicht hineinreicht. Gleichzeitig wird um den aus dem LED-Gehäuse heraustretenden Teil des anderen Pins, des Pluspols, eine gegen die ersten leitfähigen Schichten aus elektrisch leitendem Klebstoff (3) und Leiterfolie (4) isolierende Hülle angebracht, um einen Kurzschluss zu verhindern. Bei LEDs mit mehr als zwei Pins müssen alle Pins mit Ausnahme des lediglich bis in die erste leitfähige Schicht (3) reichenden Pins teilweise mit einer solchen isolierenden Hülle versehen werden. Wird nun eine derart modifizierte LED auf ein Board der beschriebenen Art aufgebracht, so leuchtet sie.
Analog können auch LEDs mit nur einem Pin verwendet werden, wie sie z.B. in US 20090201680 A1 als „second type LED“ charakterisiert werden, bei der der Pin abwechselnd aus leitfähigen und isolierten Abschnitten besteht, die der Reihenfolge der leitfähigen (3, 4) und nicht-leitfähigen Schichten (2, 5), in die der Pin eingesteckt ist, entspricht.
Ein erfindungsgemäßes Board weist demnach beispielsweise folgenden Schichtenaufbau auf: auf eine Grundplatte aus Styropol oder einem anderen Trägermaterial, das elektrisch isolierend ist (2), wird mittels eines Verbindungsklebers (5) eine als Pluspol fungierende Leiterschicht (4), beispielsweise eine Alu- oder Kuperfolie aufgebracht. Auf diese Alu- oder Kupferfolie wird ein elektrisch leitfähiger Klebstoff (3) aufgetragen. In einem bevorzugten Falle werden die beiden letztgenannten Schichten (3, 4) gebildet von „DuploMED ® 858“ einem einseitig klebenden elektrisch leitfähigen Klebeband der Firma „Lohmann GmbH & Co. KG“. Dieses besteht aus einem elektrisch leitfähigen Acrylat-Copolymer-Klebstoff (3) mit einem Aluminium-Polyester-Verbundfolienträger (4) und wird üblicherweise verwendet, um Elektroden am Körper zu befestigen. Auf die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3) wird dann im weiteren Verbund eine Isolationsschicht (2) z.B. aus Polystyrol als nächste Lage in der Sandwich-Konstruktion aufgebracht, anschließend eine weitere Verbindungsklebeschicht (5), mit der schließlich eine erneute und in diesem Falle als Minuspol fungierende Leiterschicht (4), die ebenfalls wieder eine Alu- oder Kupferfolie sein kann, befestigt wird. Mit Hilfe einer weiteren Lage eines leitfähigen Klebstoffs (5) wird dann nochmals eine Isolationsschicht z.B. in Form eines Posters, einer geographischen Karte, eines Lageplans oder Ähnlichem aufgebracht. Die unterhalb dieser Isolationsschicht liegende Klebstoffschicht (3) sowie die darunter befindliche Leiterschicht (4) können wiederum auch von einem entsprechend gestalteten Klebeband gebildet werden, z.B. erneut von dem o.g. „DuploMED ® 858“. Wird nun eine wie oben beschrieben modifizierte LED (6) mit entsprechend den Erfordernissen des skizzierten Sandwichaufbaus des Boards gestalteten Pins in dieses Board gesteckt, so leuchtet die LED (6) auf. Da die beiden leitfähigen Klebstoffschichten (3) sich über das ganze Board (1) erstrecken, ist zur Beleuchtung des Boards (1) oder einzelner Segmente davon die Verteilung der LEDs 6) auf dem Board (1) ebenso völlig variabel wie die farbliche Gestaltung des Ganzen völlig frei ist. Der jeweilige Verbindungskleber (5) in einem solchen System kann sowohl ein trägerloses Klebeband als auch ein Flüssigklebstoff sein.
Alternativ zu dem oben genannten Haftklebeband ist an den Stellen, an denen eine elektrisch leitfähige Klebstofflage im System vorgesehen ist, beispielsweise auch die Verwendung von „DuploCOLL ® 181 EC“ denkbar, eines elektrisch leitfähigen trägerlosen Transferklebebandes des Anmelders mit einem Reinacrylat-Klebstoff. Der Vorteil bei der Verwendung eines solchen Transferbandes liegt darin, dass damit der Einsatz einer speziellen Leiterfolie entfällt und somit eine Material- und damit auch Kostenersparnis bewirkt wird.
Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes Board folgenden Schichtenaufbau auf: Auf einer isolierenden Grundplatte (2) wird ein doppelseitig haftklebendes Band mit einem leitenden Alu- oder Kupferträgermaterial (4) aufgebracht, die Klebstoffschicht zur Grundplatte hin (2) muss dabei ein nicht-leitender Klebstoff (5) und die gegenüber liegende Klebstoffschicht (3) ein leitender Klebstoff sein. Auf diese leitende Klebstoffschicht (3) wird wieder eine isolierende Platte (2) aufgebracht, auf dieser wiederum ein doppelseitig haftklebend ausgerüstetes Klebeband erneut mit einem leitenden Alu- oder Kupferträgermaterial (4), einer nicht-leitenden Klebstoffschicht (5) zur Platte hin und einer gegenüber liegenden leitenden Klebstoffschicht (3). Auf letztere wird dann die durch LEDs (6) zu bestückende Abdeckung als Isolationsschicht (2) geklebt, die dann beispielsweise wieder die o.g. Funktionen haben kann.
Ganz besonders bevorzugt wird folgender Aufbau des Boards: Auf einer isolierenden Grundplatte (2) wird ein zusammenkaschiertes trägerloses Klebeband aus vier Schichten in folgender Reihenfolge aufgebracht: Auf eine nicht leitende Klebstoffschicht (5) wird eine leitende Klebstoffschicht (3) kaschiert, die gleichzeitig die Funktion der Alu- oder Kupferleitfolie (4) aus den Beispielen zuvor mit übernimmt. Hinzu kaschiert wird dann eine nicht leitende Klebstoffschicht (5), die auch die Isolationsfunktion der in den anderen Beispielen an dieser Stelle vorgesehenen Isolationsplatte (2) ausfüllt. Es folgt schließlich eine leitende Klebstoffschicht (3), die auch hier wieder die Funktion der Alu- oder Kupferleitfolie (4) mit übernimmt. Auf diese leitende Klebschicht wird dann abschließend die durch LEDs (6) zu bestückende Abdeckung als Isolationsschicht (2) aufgebracht. Neben AcrylatKlebstoffen sind im gesamten System sowohl als elektrisch leitfähige Klebstoffe wie als Verbindungsklebstoffe natürlich auch andere geeignete und allgemein bekannte Klebstoffe z.B. auf Kautschuk- oder Silikonbasis verwendbar.
Die Stromstärke, die an jede leitfähige Schicht angelegt wird, kann je nach Schicht unterschiedlich sein, sie kann sogar bei eventuellen Unterteilungen innerhalb einer solchen Schicht variieren.
Bezugszeichenliste

1: LED-Board
2: Isolationsschicht
3: Leitfähiger Klebstoff
4: Leiterfolie
5: Verbindungsklebstoff 6 LED

Claims

LED-Board (1) mit einem sandwichartigen Aufbau zur flexiblen, fassungslosen Anordnung von LEDs (6) unterschiedlicher Beschaffenheit und Farben, dadurch gekennzeichnet, dass dieser sandwichartige Aufbau besteht aus zwei äußeren Isolationsschichten (2), die miteinander verbunden sind wahlweise durch a) zwei trägerbasierte, doppelseitig haftklebend ausgerüstete Klebebänder, die jeweils eine elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3), eine Leiterfolie (4) und eine elektrisch nicht-leitende Verbindungsklebstoffschicht (5) enthalten mit einer zwischen den beiden doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebändern liegenden Isolationsschicht (2), wobei die doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebänder und die Isolationsschichten (2) so angeordnet sind, dass die elektrisch nicht-leitende Verbindungsklebstoffschicht (5) des ersten doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands an der ersten äußeren Isolationsschicht (2) anliegt und dass die leitfähige Klebstoffschicht (3) des zweiten doppelseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands an der zweiten äußeren Isolationsschicht (2) anliegt oder b) einen zusammenkaschierten trägerlosen Klebeverbund aus vier Schichten, bei denen jeweils zwei elektrisch nicht-leitende, auch die Funktion einer Isolationsschicht (2) mit erfüllende Klebstoffschichten (5), und zwei elektrisch leitfähige, auch die Funktion einer Leiterfolie (4) mit erfüllende Klebstoffschichten (3), alternierend miteinander verbunden sind oder c) eine Kombination zweier trägerbasierter, einseitig haftklebend ausgerüsteter Klebebänder, die jeweils eine Leiterfolie (4) und eine elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3) enthalten, wobei zum einen eine Isolationsschicht (2) auf die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht (3) des ersten einseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands aufgebracht wurde und zum anderen eine Lage eines elektrisch nicht-leitendenVerbindungsklebstoffs (5) diese Isolationsschicht (2) mit der Leiterfolie (4) des zweiten, einseitig haftklebend ausgerüsteten Klebebands verbindet.
LED-Board (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von trägerbasierten haftklebend ausgerüsteten Klebebändern der Träger jeweils eine Aluminium- oder Kupferfolie ist und damit gleichzeitig als Leiterfolie (4) fungiert.
LED-Board (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleichzeitig als Leitfolien dienende und einseitig einmal mit einem elektrisch leitenden (3) und einmal mit einem elektrisch nicht-leitenden Klebstoff (5) beschichtete Trägermaterialien (4) mittels eines trägerbasierten doppelseitigen Klebebands miteinander verbunden werden, dessen eine Seite elektrisch leitfähig klebend (3) und dessen andere Seite elektrisch nicht-leitend klebend (5) ausgerüstet ist und dessen elektrisch nicht-leitendes Trägermaterial die in der Mitte des Sandwichs befindliche Isolationsschicht (2) bildet.
LED-Board (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede leitfähige Schicht (3) in verschiedene, voneinander unabhängige und jeweils von einer eigenen Stromquelle zu versorgende Abschnitte unterteilt ist.