DE102017130008A1

DE102017130008A1 - Led-bauteil mit kachelartigem muster von kontaktflächen

Info

Publication number: DE102017130008A1
Application number: DE102017130008.2A
Authority: DE
Inventors: Kilian Wimmer; Bernhard Wuppinger; Markus Lechner
Original assignee: Siteco Beleuchtungstechnik GmbH
Current assignee: Siteco GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19
Also published as: WO2019115190A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Bauteil, welches Folgendes aufweist: eine elektrisch isolierende Trägerplatte, auf welcher mehrere Kontaktflächen angeordnet sind, wobei die Kontaktflächen in einem kachelförmigen Muster auf der Trägerplatte angeordnet sind mit Fugen zwischen den Kontaktflächen, welche die Kontaktflächen elektrisch voneinander isolieren, wobei sich die Form der Kontaktflächen in dem Muster regelmäßig wiederholt und die Breite einer Fuge zwischen zwei benachbarten Kontaktflächen maximal ein Viertel der Ausdehnung der Kontaktfläche in der Richtung senkrecht zu der Fuge beträgt, und mehrere LEDs, welche jeweils eine Fuge überbrücken, wobei eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Bauteil, welches mehrere Leuchtdioden (LED, worunter jede Art von Halbleiterlichtquellen zu verstehen ist, einschließlich organischer LED) aufweist, die auf einer Trägerplatte angeordnet sind. Ferner umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren derartiger LED-Bauteile, sowie Leuchtenmodule und Leuchte, welche die LED-Bauteile aufweisen.
Leuchten, welche LEDs als Leuchtmittel aufweisen, sind in der Regel mit LED-Bauteilen ausgestattet, die eine Trägerplatte aufweisen, auf der mehrere LED angeordnet sind und elektrisch kontaktiert sind. Abhängig vom Leuchtentyp, insbesondere der Größe der Lichtaustrittsfläche und der für den Leuchtentyp benötigten Gesamtlichtstärke werden eine unterschiedliche Anzahl von LEDs und unterschiedliche Typen von LEDs in verschiedenen Anordnungen auf den Trägerplatten benötigt. Für einen neuen Leuchtentyp ist daher i.d.R. auch die Entwicklung eines neuen LED-Bauteils mit einem individuellen Layout für die Anordnung der Leiterbahnen und der LEDs auf der Trägerplatte erforderlich. Dies beschränkt jedoch den Produktzyklus für neue Leuchten, weil die Fertigung der Trägerplatten in großen Stückzahlen langfristig geplant sein muss. Ferner ist eine individuelle Anpassung der Leuchten nach Kundenwünschen, z.B. mit einer größeren oder kleineren Anzahl von LEDs, nicht möglich ohne wieder neue LED-Bauteile mit entsprechenden Leiterbahnen auf der Trägerplatte zu entwickeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein LED-Bauteil bereitzustellen, welches mit vorkonfektionierten Trägerplatten eine individuelle Bestückung mit LEDs ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein LED-Bauteil nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 17.
Eine Besonderheit der LED-Bauteile gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass im Unterschied zu konventionellen Leiterbahnen auf einer Trägerplatte diese Leiterbahnen durch kachelförmig angeordnete Kontaktflächen ersetzt werden, die großflächig auf der verhältnismäßig schmalen Trägerplatte aufgebracht sind und durch Fugen beabstandet sind, die für eine elektrische Isolierung der Kontaktflächen sorgen. Die LEDs können in einem anschließenden Produktionsschritt individuell auf die Kontaktflächen derart aufgebracht werden, dass sie jeweils eine Fuge überbrücken. Dadurch lässt sich mit einem Layout der kachelartigen Kontaktflächen eine Vielzahl verschiedener Konfigurationen für LEDs ermöglichen. Die LEDs können so aufgebracht werden, dass eine unterschiedliche Anzahl von LEDs in einer Reihenschaltung und/oder in einer Parallelschaltung, z.B. zwei oder mehr LED-Reihen parallel, geschaltet sind. Dadurch lässt sich mit einer gleichen vorkonfektionierten Trägerplatte ein individuelles LED-Bauteil entsprechend den Vorgaben des Produktionszyklus für eine Leuchte eines gewünschten Typs herstellen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die gesamte Schaltung auf der Trägerfläche ausschließlich aus den Kontaktflächen und LEDs und ggf. zusätzlichen Leiterbrücken gebildet ist. Weitere Bauteile sind nicht notwendig. Ferner kann auch vorgesehen sein, die Kontaktflächen selbst mit einem Bestückungsautomaten auf die isolierende Trägerplatte aufzubringen. Bei dieser Variante kann sogar die Anordnung der Kontaktflächen individuell für einen gewünschten Leuchtentyp angepasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktflächen N-, S-, L- und/oder Z-förmig ausgebildet und entlang einer Richtung in einer Kette ineinandergeschachtelt angeordnet. Diese Art von kachelförmigen Mustern von Kontaktflächen stellt eine Vielzahl von Fugen bereit, die für die Ausbildung der Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs genutzt werden können. Beispielsweise können insbesondere U-förmige oder L-förmige Kontaktflächen spiegelsymmetrisch zueinander und versetzt hintereinander zu einer Kette aneinandergereiht sein. Die LEDs können die Fugen überbrücken, die senkrecht zur Längsrichtung der Kette gebildet sind. Bei Z-förmigen Kontaktflächen kann dadurch ein Strang von in Reihe geschalteten LEDs gebildet werden. Bei U-förmigen Kontaktflächen, die umgekehrt symmetrisch und versetzt zueinander verschachtelt sind, können die LEDs insbesondere über jede zweite Fuge, die parallel zur Längserstreckung der Kette verlaufen, vorgesehen werden. Dadurch werden zwei parallele Stränge von in Reihe geschalteten LEDs gebildet. Durch die Kombination von U- und S-förmigen Kontaktflächen lassen sich auch vier parallele Stränge von in Reihe geschalteten LEDs bilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Kontaktflächen auch dreieckig, trapezförmig, kreissegmentförmig und/oder ringkreissegmentförmig ausgebildet sein und hintereinander entlang eines Kreisabschnitts angeordnet sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Bildung von kreisrunden LED-Bauteilen, wie sie beispielsweise in Downlights angewandt werden. Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform die LEDs zum Überbrücken von Fugen angeordnet, die in Radialrichtung zu dem Kreisabschnitt verlaufen. Dadurch lässt sich eine Reihenschaltung von LEDs entlang eines Kreises ausbilden. Es können auch mehrere LEDs über jeweils eine radial verlaufende Fuge angeordnet werden. Dadurch ist die Ausbildung von mehreren parallel und in Reihe geschalteter LEDs möglich. Bei trapezförmig oder ringkreissegmentförmigen Kontaktflächen können diese auch entlang von mehreren konzentrischen Kreisabschnitten angeordnet werden. Dadurch lassen sich mehrere Ketten von parallel geschalteten LEDs ausbilden. Diese Ausführungsform ist für ein rundes LED-Bauteil mit einer hohen Dichte von LEDs geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Kontaktflächen auch rechteckig ausgebildet sein mit einer Breite X und einer Länge Y und können einen Fugenabstand Z zueinander aufweisen, wobei die Beziehung gilt Y = nX+(n-1)Z, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich zwei ist. In dieser Ausführungsform sind insbesondere alle Kontaktflächen gleich ausgestaltet und können mit einem Bestückungsautomaten individuell aufgesetzt werden. Der Vorteil besteht darin, dass sich die Rechtecke in verschiedenen Anordnungen auf der Trägerplatte anordnen lassen, wobei durch das Längen- zu Breitenverhältnis und dem Fugenabstand Z es möglich ist, n der rechteckigen Kontaktflächen parallel zueinander anzuordnen und mit einer dazu um 90° gedrehten gleichen rechteckigen Kontaktfläche entlang der Schmalseiten abzuschließen. Dieses Muster lässt sich in jeder Richtung beliebig fortsetzen. Der Vorteil besteht darin, dass alle Kontaktflächen identisch vorproduziert werden können und trotzdem ein individuelles Muster von kachelförmigen angeordneten Kontaktflächen auf der Trägerfläche ausgebildet werden kann, um gewünschte Konfigurationen für parallel und in Reihe geschalteten LEDs, die ausgewählte Fugen überbrücken, vorzusehen. In dieser Ausführungsform sind lediglich die Trägerplatte und immer gleiche Kontaktflächen vorkonfektioniert. Erst bei der Bestückung der Trägerplatte selbst wird das Muster und die Anordnung der LEDs festgelegt. Daher lassen sich zu einem sehr späten Produktionszeitpunkt noch individuelle Schaltungen für LED-Bauteile ausbilden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind alle Kontaktflächen oder wenigstens Teilgruppen von jeweils mehreren der Kontaktflächen gleichförmig ausgebildet. Dadurch ist die Herstellung der Kontaktflächen vereinfacht. Dies gilt sowohl für Kontaktflächen, die immer in gleicher Konfiguration auf die Trägerplatten aufgebracht werden als auch für Kontaktflächen, die dafür bestimmt sind, in unterschiedlichen Konfigurationen auf die Trägerfläche aufgebracht zu werden. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen mittels eines Bestückungsautomaten auf die Trägerfläche aufklebbar. In dieser Ausführungsform kann das Muster der Kontaktflächen durch das Aufsetzen durch den Bestückungsautomaten individuell bestimmt werden. Es ist daher insbesondere für Kontaktflächen geeignet, die sich in verschiedenen Weisen miteinander zur Ausbildung der Fugen für die gewünschte Position der LEDs und die gewünschte Schaltung der LEDs anordnen lassen. Insbesondere für die vorhergehend beschriebenen rechteckigen Kontaktflächen stellt dies einen Vorteil dar, weil sich diese Art von Kontaktflächen in sehr vielen unterschiedlichen kachelartigen Mustern anordnen lassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Reihenschaltung aus wenigstens vier, vorzugsweise wenigstens acht LEDs gebildet. Längere Ketten von in Reihe geschalteten LEDs haben den Vorteil, dass sich die Versorgungsspannung der LEDs über die Reihenschaltung aufteilt, wodurch die Versorgung der LEDs mit einer höheren Spannung erfolgen kann. Ein Nachteil zu langer LED-Reihenschaltung ist jedoch, dass bei Ausfall einer LED in der Reihe die gesamte Reihe ausfällt. Daher ist es ferner bevorzugt, dass wenigstens zwei oder mehr parallel geschaltete Reihen in dem LED-Bauteil vorhanden sind. Durch die kachelartige Anordnung der Kontaktflächen und der Anordnung der LEDs über den Fugen kann die gewünschte Verschaltung der LEDs in Reihen und in Parallelschaltung noch bis zum Zeitpunkt der Bestückung der mit der Kontaktfläche versehenen Trägerplatte individuell vorgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Größe der Kontaktflächen mindestens dreimal so groß wie die auf die Trägerfläche projizierte Grundfläche der LEDs. Dies hat mehrere Vorteile. Zum Einen ermöglicht es, eine unterschiedliche Anzahl von LEDs auf den kachelartig angeordneten Kontaktflächen vorzusehen, um eine gewünschte Lichtstärke des LED-Bauteils zu erzielen. Ferner haben die großen Kontaktflächen den Vorteil, dass sie auch zur Wärmeableitung dienen können. Eine Leiterbahn einer herkömmlichen Platine ist i.d.R. nicht dafür geeignet, eine größere Wärmemenge, die an der Position der LED nahezu punktförmig entsteht, abzuführen. Die großen Kontaktflächen eignen sich jedoch dafür, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen und entweder direkt als IR-Strahlung abzustrahlen, an die Umgebungsluft abzugeben oder auf einen in der Nähe angeordneten Kühlkörper, z.B. auf einen Kühlkörper, der auf der den Kontaktflächen entgegengesetzten Seite der Trägerplatte angeordnet ist, abzugeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Fuge zwischen zwei Kontaktflächen, die von wenigstens einer der LEDs überbrückt ist, mehr als doppelt so lang, wie die Breite der betreffenden LED parallel zur Längserstreckung der Fuge. Diese Konfiguration ermöglicht es, nach Bedarf auch mehrere, d.h. insbesondere wenigstens zwei, LEDs parallel über der gleichen Fuge vorzusehen. Dadurch lassen sich Parallelschaltungen einfach erzeugen. Entsprechend kann eine Fugenlänge das n-fache der Breite der LEDs aufweist, wobei n≥2 ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform überbrücken insbesondere wenigstens zwei oder mehr der LEDs parallel nebeneinander eine Fuge von zwei benachbarten Kontaktflächen. Eine solche Schaltung ermöglicht es auch, die LEDs sowohl parallel als auch in Reihe über mehrere Kontaktflächen hinweg zu verschalten. In dieser Ausführungsform kann die Versorgungsspannung gleichzeitig über mehrere LEDs in parallele Reihen aufgeteilt werden. Sofern eine einzelne LED ausfällt, ist jedoch der Betrieb der übrigen LEDs nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche einer Kontaktfläche auf der der Trägerplatte abgewandten Seite mit einem Lötstopplack überzogen, wobei der Lötstopplack auf Abschnitten der Oberfläche ausgespart ist, in welchen LEDs angeordnet sind, wobei die Oberfläche, welche von dem Lötstopplack auf der Kontaktfläche eingenommen wird, um ein mehrfaches größer als die Grundfläche ist, mit welcher die eine oder die mehreren LEDs auf der betreffenden Kontaktfläche aufliegen. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kontaktflächen wesentlich größer als für die Auflagefläche der LEDs notwendige Fläche ausgebildet sind. Dadurch ist, wie vorhergehend erwähnt, ein individuelles Anordnen der LEDs auf der mit Leiterflächen vorbestimmten Trägerplatte möglich und die Kontaktflächen können auch zum Wärmeabtransport dienen. Die große Kontaktfläche hätte jedoch den Nachteil, dass beim Auflöten von LEDs das entsprechende Lötmittel die gesamte Kontaktfläche benetzen würde. Ein präzises Anordnen der LEDs wäre dann nicht möglich. Durch einen Lötstopplack können individuell die Abschnitte zum späteren Befestigen der LEDs ausgewählt werden. Der Lötstopplack kann sehr einfach, beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren, aufgebracht werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, die mit Kontaktflächen vorkonfektionierten Trägerplatten individuell für eine gewünschte Bestückung mit LEDs zu präparieren. Dazu muss lediglich das Aufdruckverfahren des Lötstopplacks an die gewünschte Anordnung der LEDs angepasst werden. Dies ist im Vergleich zum Herstellen einer konventionellen Leiterplatine für eine individuelle Anordnung von LEDs sehr viel einfacher.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können auch eine oder mehrere Leiterbrücken jeweils eine Fuge zwischen zwei benachharten Kontaktflächen überbrücken, um die Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs zu komplettieren und/oder um die Reihen und/oder Parallelschaltung mit spannungsführenden Abschnitten auf der Trägerplatte zu verbinden. Die Leiterbrücken werden vorzugsweise ebenfalls mit einem Bestückungsautomaten, ggf. mit dem gleichen Bestückungsautomaten wie die LEDs, auf die Kontaktflächen der Trägerplatte aufgebracht. Leiterbrücken können beispielsweise einzelne LEDs in einer Reihe ersetzen, um eine niedrigere Dichte von LEDs auf dem LED-Bauteil zu ermöglichen. Die Leiterbrücken können auch individuell gesetzt werden, um verschiedene Konfigurationen von Reihen- und/oder Parallelschaltungen der LEDs zu generieren. Ferner können die Leiterbrücken auch dafür genutzt werden, um die ein oder mehreren LED-Reihen mit Versorgungsanschlüssen auf den Platinen zu verbinden. Beispielsweise können die Versorgungsanschlüsse an am Rand der Platine vorgesehenen Kontaktflächen angebracht sein und die Leiterbrücken können von diesen Kontaktflächen eine elektrische Verbindung zu den Kontaktflächen herstellen, an denen die LEDs in der gewünschten Reihen- und/oder Parallelschaltung vorgesehen sind. Das Setzen der Leiterbrücken ermöglicht es ähnlich wie das Setzen der LEDs selbst eine individuelle Schaltung auf der mit Kontaktflächen vorkonfektionierten Trägerplatte zu realisieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen der LED-Bauteile vorgesehen. Dieses Verfahren umfasst ein Bereitstellen der elektrisch isolierenden Trägerplatte mit den darauf angeordneten Kontaktflächen und ein Anordnen von LEDs zum Überbrücken ausgewählter Fugen von benachbarten Kontaktflächen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen von Leiterbrücken zur Überbrückung von ausgewählten Fugen benachbarter Kontaktflächen. Wie vorhergehend ausgeführt können die LEDs und ggf. die Leiterbrücken individuell mit einem Bestückungsautomaten angeordnet werden, um eine gewünschte Schaltung der LEDs zu realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfasst das Bereitstellen der Trägerplatte mit darauf angeordneten Kontaktflächen ein Bestücken der Trägerplatte mit vorkonfektionierten Kontaktflächen mittels eines Bestückungsautomaten, ein Aufdampfen von Kontaktflächen auf die Trägerplatte und/oder ein Bedrucken der Trägerplatte mit Kontaktflächen, z.B. durch ein Siebdruckverfahren. Das Aufdampfen und Bedrucken der Trägerplatte eignet sich für Verfahren, in welchen eine große Stückzahl von immer gleichen Trägerplatten mit Kontaktflächen hergestellt werden soll. Denkbar ist auch ein Ätzen der Kontaktflächen aus einer vollflüssigen Metallbeschichtung der Trägerplatte. Die anderen genannten Verfahren zur Herstellung der Kontaktflächen sind jedoch erfindungsgemäß gegenüber dem Ätzen bevorzugt, weil sie eine höhere Flexibilität beim Erzeugen gewünschter kachelförmiger Muster mit geringerem Aufwand ermöglichen. Die mit Kontaktflächen versehenen Trägerplatten können dann immer noch individuell mit LEDs und ggf. mit Leiterbrücken bestückt werden. Das Bestücken der Trägerplatte mit Kontaktflächen durch einen Bestückungsautomaten eignet sich insbesondere für die individuelle Herstellung von gewünschten kachelförmig angeordneten Mustern der Kontaktflächen. Das Verfahren ist zwar aufwändiger im Vergleich zu den anderen Arten der Herstellung einer Leiterplatine, aber es ermöglicht, in einem sehr späten Entwicklungsstadium, die Leiterplatten noch zu individualisieren. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Verbindung mit den vorher genannten rechteckigen Kontaktflächen von Vorteil, weil diese dafür bestimmt sind, in verschiedenen Mustern auf der Trägerplatte angeordnet zu werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein Aufbringen eines Lötstopplackes auf die Kontaktflächen auf der der Trägerplatte entgegengesetzten Oberfläche umfassen, wobei die Oberflächenabschnitte der Kontaktflächen nicht mit Lötstopplack beschichtet werden, welche dafür bestimmt sind, LEDs, Leiterbrücken oder andere elektrische Bauteile darauf in einem nachfolgenden Schritt anzulöten. Das Auftragen den Lötstopplacks kann beispielsweise durch ein Inkjet-Verfahren oder Siebdruckverfahren erfolgen. Dadurch können die bereits mit Kontaktflächen versehenen Trägerplatten individuell für die Ausbildung einer gewünschten Verschaltung der LEDs sowie ggf. weiterer elektronischer Bauteile eingerichtet werden. Da das Aufbringen des Lötstopplacks im Vergleich zu dem Aufbringen der Kontaktflächen selbst sehr viel einfacher ist, ermöglicht dieses Verfahren ein Individualisieren der LED-Bauteile zu einem verhältnismäßig späten Verfahrensschritt auch wenn immer gleiche mit Kontaktflächen konfektionierte Trägerplatten verwendet werden.
Weiter Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus Z-förmigen Kontaktflächen sowie eine einzelne Z-förmige Kontaktfläche und ein Ersatzschaltbild.
2 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus L-förmigen Kontaktflächen sowie eine einzelne L-förmige Kontaktfläche und ein Ersatzschaltbild.
3 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster von U-förmigen Kontaktflächen sowie eine einzelne U-förmige Kontaktfläche und ein Ersatzschaltbild.
4 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus U-förmigen und S-förmigen Kontaktflächen sowie eine einzelne S-förmige Kontaktfläche und ein Ersatzschaltbild.
5 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus trapezförmigen Kontaktflächen sowie ein einzelne trapezförmige Kontaktfläche und ein Ersatzschaltbild.
6 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus trapezförmigen Kontaktflächen und eine einzelne trapezförmige Kontaktfläche sowie ein Ersatzschaltbild.
7 zeigt eine Aufsicht auf ein Muster aus trapezförmigen Kontaktflächen, die entlang zweier konzentrischer Kreisen angeordnet sind, sowie zwei einzelne trapezförmige Kontaktflächen und ein Ersatzschaltbild.
8 zeigt eine Aufsicht auf zwei verschiedene Muster aus rechteckförmigen Kontaktflächen sowie zwei einzelne rechteckförmige Kontaktflächen in unterschiedlichen Positionen.
9 zeigt eine Aufsicht auf drei Anordnungen von rechteckigen Kontaktflächen mit unterschiedlichen Bestückungen von LEDs und Leiterbrücken.

Bezug nehmend auf die 1 bis 7 werden verschiedene Ausführungsformen von kachelförmigen Mustern von Kontaktflächen 10 bis 13 eines LED-Bauteils erläutert. Die Kontaktflächen sind in den verschiedenen Ausführungsformen Z-förmig, L-förmig, U-förmig, S-förmig und trapezförmig ausgebildet. Die Kontaktflächen werden auf einer Trägerplatte (in den Figuren nicht dargestellt) in den dargestellten Mustern aufgebracht. Die Trägerplatte befindet sich in der Bildebene der 1 bis 7, wobei die Umrisse der Trägerplatte in den Figuren nicht dargestellt ist.
Mit den unterschiedlich geformten Kontaktflächen, welche beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen Metall gebildet sein kann, wird eine kachelartige Anordnung der Kontaktflächen erreicht, wobei die Fuge zwischen den Kontaktflächen im Verhältnis zur Ausdehnung der Kontaktflächen selbst sehr gering ist, insbesondere nur ein Viertel der maximalen Ausdehnung der Kontaktflächen in der Richtung senkrecht zu der Fuge entspricht.
In den Ausführungsformen gemäß 1 bis 4 sind die Kontaktflächen 10 entlang einer graden Reihe angeordnet. Gemäß 1 sind immer gleiche Z-förmige Kontaktflächen in einer Reihe angeordnet, wobei die Fugen, welche parallel zur Längserstreckung der Anordnung ausgerichtet sind, von jeweils einer LED 20 überbrückt werden. Dadurch lässt sich eine einfache Reihenschaltung der LEDs 20, wie im Ersatzschaltbild in 1 dargestellt, ausbilden.
In der Ausführungsform nach 2 sind L-förmige Kontaktflächen 11 spiegelsymmetrisch zueinander in einer Reihe angeordnet, wobei die Fugen zwischen den Kontaktflächen 11 parallel zu der Längserstreckung der Reihe von jeweils einer LED 20 überbrückt werden. Auch bei dieser Anordnung entsteht, ähnlich wie in 1 eine Reihenschaltung von LEDs 20, wie im Ersatzschaltbild dargestellt. Im Vergleich zu der Anordnung gemäß 1 können die LEDs jedoch in einem größeren Abstand angeordnet werden, so dass sich eine geringere Dichte von LEDs 20 entlang der Reihe ergibt.
Ein Vorteil der Anordnung der LEDs auf den L-förmigen oder Z-förmigen Kontaktflächen 10, 11 besteht ferner auch darin, dass benachbarte LEDs 20 in der Reihe jeweils um 180° gedreht sind, d.h. die Anode und die Kathode benachbarter LEDs 20 sind umgekehrt. Dadurch werden mögliche baubedingte Asymmetrien in der Lichtverteilung der einzelnen LEDs 20 über die ganze Reihe ausgeglichen. Dieser Vorteil wird allgemein dadurch erzielt, dass die LEDs immer auf Fugen angeordnet sind, die sich in Längsrichtung der kachelförmigen Anordnung von Kontaktflächen erstrecken.
In der Ausführungsform nach 3 sind jeweils U-förmige Kontaktflächen 12 entgegengesetzt zueinander und ineinandergeschachtelt in einer Reihe angeordnet. Ferner überbrücken LEDs 20 jeweils jede zweite Fuge, welche senkrecht zur Längserstreckung der Anordnung verläuft. Dadurch ergibt sich eine Schaltung aus zwei parallelen Strängen von LEDs 20, wie in dem Ersatzschaltbild dargestellt. In der realen Schaltung sind die LEDs beider Stränge alternierend angeordnet. Somit werden die Helligkeitsunterschiede der Stränge weniger deutlich sichtbar als bei einer Anordnung der zwei LED-Stränge hintereinander.
Gemäß der Ausführungsform nach 3 sind, ähnlich wie in 3, U-förmige Kontaktflächen 12 entgegengesetzt zueinander ineinandergeschachtelt in Reihe angeordnet. Dazwischen sind ferner jeweils zwei spiegelsymmetrische S-förmige Kontaktflächen 13 vorgesehen. Durch das Anordnen von LEDs 20, die jede zweite Fuge überbrücken, die senkrecht zu der Längserstreckung der Anordnung verläuft, werden vier parallele Reihen von LEDs 20 gebildet, wie im Ersatzschaltbild dargestellt.
Bei allen Ausführungsformen gemäß 1 bis 4 ist zu verstehen, dass sich die Anordnung für eine beliebige Anzahl von LEDs sich fortsetzen kann. Ferner ist es möglich auch zusätzliche LEDs, beispielsweise parallel zu den dargestellten LEDs auf einer entsprechenden längeren Fuge, anzuordnen. Dadurch ergeben sich weitere Schaltungsmöglichkeiten, insbesondere weitere LED-Reihen, die parallel und in Reihe zu der jeweils dargestellten LED-Reihe geschaltet ist. Beispielsweise lässt sich in der Ausführungsform gemäß 4 jeweils noch eine LED parallel zu den LEDs anordnen, welche eine Fuge zwischen jeweils zwei U-förmigen Kontaktelementen überbrücken. Dadurch würde sich eine fünfte Reihe von LEDs ergeben, die parallel und in Reihe mit den LEDs, welche bereits die Fugen U-förmigen Kontaktelemente überbrücken, angeordnet ist.
In der Ausführungsform nach 5 und 6 sind trapezförmige Kontaktelemente 14 vorgesehen, um die kachelförmige Anordnung der Kontaktflächen 14 auf der Trägerplatte zu bilden. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für kreisrunde Trägerplatten. Es ist zu verstehen, dass anstelle der trapezförmigen Kontaktflächen 14 beispielsweise auch kreisabschnittförmige Kontaktflächen (d.h. in der Art eines Tortenstücks) oder dreieckförmige Kontaktflächen verwendet werden können. In der Ausführungsform nach 5 werden die Fugen in radialer Richtung der Anordnung durch jeweils eine LED 20 überbrückt, mit Ausnahme von einer radialen Fuge, welche zwischen zwei Kontaktflächen angeordnet ist, die jeweils ein Anschlusselemente 40 für die Schaltung tragen. Dadurch wird eine Reihe von LEDs 20 zwischen den zwei Anschlusselementen gebildet, wie in dem Ersatzschaltbild dargestellt. Die 6 zeigt eine Variante dieser Anordnung, wobei jeweils zwei LEDs 20 nebeneinander auf den radialen Fugen angeordnet sind. Dadurch ergeben sich zwei Reihen von parallel und in Reihe geschalteten LEDs 20, wie im Ersatzschaltbild dargestellt. Es ist zu verstehen, dass in der Ausführungsform nach 6 auch noch weitere LEDs hinzugefügt werden können, um eine dritte oder weitere LED-Reihe hinzuzufügen.
7 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 6, wobei in dieser Ausführungsform trapezförmige Kontaktflächen 15, 16entlang zweier konzentrischer Kreisabschnitte angeordnet sind. Die kleineren trapezförmigen Kontaktflächen 15sind entlang eines inneren Kreisabschnitts und die größeren trapezförmigen Kontaktflächen 16 entlang eines äußeren Kreisabschnitts angeordnet. Ferner sind die radialen Fugen zwischen den Kontaktflächen 15 entlang des inneren Kreisabschnitts und den radialen Fugen zwischen den Kontaktflächen 16 des äußeren Kreisabschnitts durch jeweils eine LED 20 überbrückt. Dadurch ergibt sich eine Schaltung von zwei parallelen Reihen von LEDs 20, die jeweils an den Kontaktflächen, an welchen die Anschlusselemente 40 vorgesehen sind, verbunden sind, wie in dem Ersatzschaltbild dargestellt. Auch in dieser Ausführungsform ist zu verstehen, dass, entsprechend der Ausführungsform in 6, auch weitere LEDs auf den radialen Fugen hinzugefügt werden können. Dadurch ergibt sich eine Schaltung von ggf. noch weiteren parallelen LED-Reihen, die ferner in Reihe zu den vorhandenen LED-Reihen geschaltet sind. Ferner kann diese Ausführungsform auch ergänzt werden um weitere größere trapezförmige Kontaktflächen, die entlang einem weiteren größeren konzentrischen Kreisabschnitt um die in 7 dargestellte Anordnung vorgesehen sind. Dadurch lässt sich eine größere kreisförmige Trägerplatte bestücken und mit entsprechend mehr LEDs versehen.
Bezug nehmend auf die 8 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei welcher rechteckförmige Kontaktflächen 17 benutzt werden, um das kachelförmige Muster der Kontaktflächen auf der Trägerplatte zu bilden. Die rechteckförmigen Kontaktflächen können mit den Schmalseiten aneinander angrenzend oder mit den Längsseiten aneinander angrenzend in einer Reihe angeordnet werden, wie in den zwei unteren Reihen der 8 dargestellt. Eine Besonderheit besteht in der der Länge und Breite der Kontaktflächen 17 in Bezug auf die Fugenbreite. In der dargestellten Ausführungsform ist die Breite X der Kontaktfläche 17 im Verhältnis zu der Länge Y der Kontaktfläche und dem Abstand Z zweier Kontaktflächen 17 zueinander so ausgewählt, dass die Beziehung gilt: Y = 2X+Z. Dadurch kann jeweils eine Kontaktfläche 17 in Längsrichtung über oder unter zwei Kontaktflächen 17 angeordnet werden, die in Längsrichtung aneinander angrenzen und einen Fugenabstand Z zueinander bilden. Dadurch lassen sich auch regelmäßige Muster bilden, bei welcher eine Reihe von Kontaktflächen, die mit der Schmalseite aneinander angrenzen, über oder unter einer Reihe von Kontaktflächen angeordnet ist, die mit jeweils ihrer Längsseite aneinander angrenzen. Es ergibt sich dadurch eine Vielzahl von möglichen Anordnungen der LEDs über die Fugen sowohl innerhalb der Reihen als auch zwischen den Reihen der in Längs- bzw. in Querrichtung angeordneten Kontaktflächen 17. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich eine Kontaktfläche in Längsrichtung über drei oder mehr Breiten von Kontaktflächen in Querrichtung erstreckt. Allgemein ist daher die Länge Y, die Breite X und der Fugenabstand Z so ausgebildet, dass die Beziehung gilt: Y = n (X+Z) -Z, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist.
Die Ausführungsform mit den rechteckigen Kontaktflächen 17 ist insbesondere bevorzugt in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren, bei welchem die Kontaktflächen mit einem Bestückungsautomaten auf die Trägerfläche aufgebracht werden, ähnlich wie anschließend die LEDs selbst. Die rechteckigen Kontaktflächen 17 können in jeweils identischer Form in großer Menge vorproduziert werden und anschließend zur Ausbildung eines individuellen Musters in verschiedenen Konfigurationen mittels des Bestückungsautomaten auf der Trägerplatte aufgebracht werden, z.B. verklebt werden. Der Vorteil besteht darin, dass das Layout der bestückten Trägerplatte alleine durch die Ansteuerung des Bestückungsautomaten ausgewählt werden kann. Dadurch lassen sich kundenspezifisch LED-Bauelemente herstellen, die den gewünschten Anordnungen der LEDs auf der Trägerplatte Rechnung tragen. Abhängig von der Anzahl und dem gewünschten Abstand der LEDs können die rechteckigen Kontaktflächen in Längsrichtung oder in Querrichtung nebeneinander angeordnet werden oder in beliebigen Kombinationsmustern angeordnet werden. Da die Kontaktflächen erst mit dem Bestückungsautomaten auf die Trägerplatte aufgebracht werden (sogenannte Pick and Place Layout Technology) muss keine individuelle Schablone für das Layout einer Leiterplatte (d.h. eine mit Kontaktflächen versehenen Trägerplatte) hergestellt werden wie im Vergleich zum Auftrag von Leiterbahnen z.B. im Siebdruck-/Schablonendruckverfahren mittels leitfähiger Pasten. Dies senkt die Werkzeugkosten und ermöglicht dadurch ein individuelles Anpassen der LED-Bauteile nach kundenspezifischen Vorgaben.
Die LEDs 20, sowie ggf. weitere elektrische Bauteile, insbesondere einfache Leiterbrücken zum Verbinden zweier Kontaktflächen werden vorzugsweise ebenfalls mit einem Bestückungsautomaten, auf die Kontaktflächen aufgebracht und mit diesen verlötet. Da die kachelförmig angeordneten Kontaktflächen sehr viel größer sind als die darauf anzulötenden Bauteile, ergibt sich auch bei einer bereits vorgefertigten Leiterplatte (d.h. einer mit Kontaktflächen versehenen Trägerplatte unabhängig von deren Herstellungsart) die Möglichkeit, verschiedene elektrische Bauteile, z.B. unterschiedlich große LEDs 20 und 20', an unterschiedlichen Stellen längs der Fugen anzubringen. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Kontaktflächen mit einem Lötstopplack überzogen werden, welcher nur an ausgewählten Stellen ausgespart ist, an denen später LEDs 20 oder 20', Leiterbrücken 30 oder andere elektrische Bauteile wie Anschlusselemente 40 angelötet werden sollen (siehe 9). Die Aussparungen im Lötstopplack legen dabei die Größe, die Form und die Position der Lötpads zur Anbringung der elektrischen Bauteile fest. Der Lötstopplack kann beispielsweise mit einem Siebdruck, einem Inkjet-Druck oder mittels einer vollflächigen Lackierung und anschließendem selektiven Lackabtragen durch einen Laser erfolgen. Damit lässt sich ein LED-Bauteil für eine neue Anordnung von LEDs 20, 20' einfach anpassen, indem die Lötstopplackgeometrie geändert wird. Dies kann entsprechend über ein neues Werkzeug im Fall von Siebdruck (neues Sieb) geschehen, oder durch Änderung des digitalen Datensatzes im Fall des Inkjet-Drucks oder im Fall einer Vollflächenlackierung und anschließendem selektiven Abtragen mittels eines Lasers. Allgemein kann in allen vorgehend genannten Ausführungsformen der Kontaktflächengeometrien dadurch die LED-Position entlang der Fuge zwischen zwei Kontaktflächen festgelegt werden. Ebenso lässt sich über die Änderung der Lötstopplackgeometrie die Verschaltung der LED-Module ändern, indem zusätzliche Aussparungen für Leiterbrücken 30 geschaffen werden. Allgemein können die Leiterbrücken zusätzlich zu den LEDs 20, 20' verwendet werden, um die Anzahl der Parallelstränge der LEDs sowie die Anzahl der LEDs innerhalb der Stränge zu variieren. Ferner kann durch die Lötstopplackgeometrie auch die Position von weiteren Anschlusselementen 40 vorgegeben werden, wie in der 9 an der jeweils linken Kontaktfläche dargestellt.
Zahlreiche Modifikationen in vorhergehend dargestellten Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung, welche durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist, vorgenommen werden. Insbesondere sind eine Vielzahl verschiedener Muster kachelartig angeordneter Kontaktflächen auf der Trägerplatte möglich. Ferner kann die Herstellung der Trägerplatten mit den Kontaktflächen auch durch konventionelle Verfahren, wie z.B. Ätzen oder direktes Bedrucken der Trägerplatten erfolgen. Dies ist bevorzugt, wenn eine große Anzahl von immer gleichen Leiterplatten (d.h. Trägerplatten mit bereits darauf angeordneten Kontaktflächen) benötigt werden, während für individualisierte Leiterplatten das Aufbringen der Kontaktflächen mit den Bestückungsautomaten von Vorteil ist. Die Herstellungsverfahren der Leiterplatten sowie das Verfahren zur Bestückung der Leiterplatten mit LEDs und ggf. weiterer elektrischer Bauteile insbesondere Leiterbrücken entsprechend der auf Verfahren bezogenen Ansprüche, bildet daher ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

10: Z-förmige Kontaktfläche
11: L-förmige Kontaktfläche
12: U-förmige Kontaktfläche
13: S-förmige Kontaktfläche
14: trapezförmige Kontaktfläche
15: trapezförmige Kontaktfläche
16: trapezförmige Kontaktfläche
17: rechteckige Kontaktfläche
20, 20': LED
30: Leiterbrücke
40: Anschlusselement

Claims

LED-Bauteil, welches Folgendes aufweist: eine elektrisch isolierende Trägerplatte, auf welcher mehrere Kontaktflächen (10-17) angeordnet sind, wobei die Kontaktflächen (10-17) in einem kachelförmigen Muster auf der Trägerplatte angeordnet sind mit Fugen zwischen den Kontaktflächen (10-17), welche die Kontaktflächen (10-17) elektrisch voneinander isolieren, wobei sich die Form der Kontaktflächen in dem Muster regelmäßig wiederholt und die Breite einer Fuge zwischen zwei benachbarten Kontaktflächen maximal ein Viertel der Ausdehnung der Kontaktfläche in der Richtung senkrecht zu der Fuge beträgt, und mehrere LEDs (20, 20'), welche jeweils eine Fuge überbrücken, wobei eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs (20, 20') gebildet ist.
LED-Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Kontaktflächen (10-13) U-, S-, L- und/oder Z-förmig ausgebildet sind und entlang einer Richtung ineinandergeschachtelt angeordnet sind.
LED-Bauteil nach Anspruch 2, wobei die U-förmigen oder L-förmigen Kontaktflächen (11, 12) spiegelsymmetrisch und versetzt zueinander in einer Kette aneinandergereiht sind, und insbesondere Fugen in Längsrichtung der Kette durch LEDs (20) überbrückt sind.
LED-Bauteil nach Anspruch 2, wobei S-förmige und U-förmige Kontaktflächen (12, 13) entlang einer Kette ineinandergeschachtelt sind und insbesondere Fugen in Richtung senkrecht zur Längserstreckung der Kette durch LEDs (20) überbrückt werden.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflächen (14, 15, 16) dreieckig, trapezförmig, kreissegmentförmig und/oder ringkreissegmentförmig ausgebildet sind und hintereinander entlang eines Kreisabschnitts angeordnet sind.
LED-Bauteil nach Anspruch 5, wobei Fugen in Radialrichtung des Kreisabschnitts durch LEDs (20) überbrückt sind, wobei an den Fugen jeweils eine oder jeweils mehrere LEDs (20) zwei benachbarte Kontaktflächen (14) überbrücken.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflächen (17) rechteckig mit einer Breite X und einer Länge Y ausgebildet sind und mit einem Fugenabstand Z zueinander aufweisen, und die Beziehung gilt $Y = nX + (n-1) Z,$
wobei n eine ganze Zahl oder größer oder gleich 2 ist.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Kontaktflächen (10-17) oder Teilgruppen der Kontaktflächen jeweils gleichförmig ausgebildet sind.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktflächen (10-17) mittels eines Bestückungsautomaten auf die Trägerplatte aufklebbar sind.
LED-Bauteil, wobei eine Reihenschaltung aus wenigstens vier, vorzugsweise wenigstens acht LEDs (20, 20') gebildet ist.
LED-Bauteil nach Anspruch 10, wobei wenigstens zwei, drei, vier oder mehr LED-Reihen parallel geschaltet sind.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe der Kontaktfläche (10-17) mindestens dreimal so groß ist, wie die auf die Trägerplatte projizierte Grundfläche der LEDs (20, 20').
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fuge zwischen zwei Kontaktflächen, die von wenigstens einer der LEDs überbrückt ist, mehr als doppelt so lang ist, wie die Breite der betreffenden LED parallel zur Längserstreckung der Fuge.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr der LEDs (20) parallel nebeneinander eine Fuge von zwei benachbarten Kontaktflächen (10-17) überbrücken.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche einer Kontaktfläche (10-17) auf der der Trägerplatte abgewandten Seite mit einem Lötstopplack überzogen ist und der Lötstopplack auf Abschnitten der Oberfläche der Kontaktfläche ausgespart ist, an welcher LEDs (20, 20') angeordnet sind, wobei die Oberfläche, welche von dem Lötstopplack auf der Kontaktfläche (10-17) eingenommen wird, um ein mehrfaches größer als die Grundfläche ist, mit welcher die eine oder mehreren LEDs (20, 20') auf der betreffenden Kontaktfläche aufliegen.
LED-Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Leiterbrücken (30) jeweils eine Fuge zwischen zwei benachbarten Kontaktflächen (10-17) überbrücken, um die Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs zu komplettieren und/oder um die Reihen- und/oder Parallelschaltung mit spannungsführenden Abschnitten auf der Trägerplatte zu verbinden.
Verfahren zum Herstellen eines LED-Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen der elektrisch isolierenden Trägerplatte mit den darauf angeordneten Kontaktflächen (10-17); und Anordnen von LEDs (20, 20') zum Überbrücken ausgewählter Fugen von benachbarten Kontaktflächen (10-17).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Verfahren ferner ein Anordnen von Leiterbrücken (30) zur Überbrückung von ausgewählten Fugen benachbarter Kontaktflächen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Bereitstellen der Trägerplatte mit darauf angeordneten Kontaktflächen (10-17) eines oder mehreres von Folgendem umfasst: Bestücken der Flächen mit vorkonfektionierten Kontaktflächen mittels eines Bestückungsautomaten, Ätzen der Kontaktflächen aus einer flächigen Metallbeschichtung der Trägerplatte, Aufdampfen von Kontaktflächen auf die Trägerplatte, und Bedrucken der Trägerplatte mit den Kontaktflächen, z.B. durch Siebdruck.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Verfahren ferner ein Aufbringen eines Lötstopplacks auf die Kontaktflächen (10-17) auf der der Trägerplatte entgegengesetzten Oberfläche umfasst, z.B. durch ein Siebdruckverfahren, wobei Oberflächenabschnitte der Kontaktflächen nicht mit Lötstopplack beschichtet werden, welche dafür bestimmt sind, LEDs (20, 20'), Leiterbrücken (30) oder andere elektronische Bauteile (40) darauf in einem nachfolgenden Schritt anzulöten.