DE10053880A1 - Light panel with planar array of holograms, in which each hologram receives light from an associated point source, so that light is redirected in common direction - Google Patents
Light panel with planar array of holograms, in which each hologram receives light from an associated point source, so that light is redirected in common directionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Leuchttafel mit zahlreichen in einer Ebene angeordneten lichtlenkenden Hologrammen.The invention relates to a light panel with numerous in light-directing holograms arranged on a plane.
In DE 43 30 384 A1 ist eine Leuchttafel beschrieben, die auf einer durchsichtigen Scheibe zahlreiche Hologramme trägt. Die Hologramme sind bildmäßig angelegt, d. h. sie bilden auf der Leuchttafel ein Bildmuster aus unterschiedlichen Strichen und Flächen. Die Leuchttafel wird ganzflächig mit Licht bestrahlt, wobei die Farben der verschiedenen Hologramme sich entsprechend dem Einfallswinkel des Lichts und dem Standort des Betrachters ändern. Mit der Leuchttafel kann ein bestimmtes Bild in unterschiedlichen Farben sichtbar gemacht werden.DE 43 30 384 A1 describes a light panel that points to carries numerous holograms on a transparent pane. The Holograms are laid out imagewise, i. H. they form on the Illuminated board a picture pattern from different lines and Surfaces. The entire surface of the light panel is illuminated with light, where the colors of the different holograms are different according to the angle of incidence of the light and the location of the viewer change. With the light board, one can certain image made visible in different colors become.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchttafel mit zahlreichen in einer Ebene angeordneten lichtlenkenden Holo grammen zu schaffen, bei der eine großflächige gleichmäßig leuchtende Fläche erhalten werden kann.The invention has for its object to provide a light board numerous light-directing holo arranged in one level create gram with a large area evenly luminous area can be obtained.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist hinter jedem Hologramm eine Punktlichtquelle angeordnet, wobei jedes Holo gramm das von seiner zugehörigen Punktlichtquelle empfangene Licht in eine für alle Hologramme gleiche Hauptabstrahlrichtung abstrahlt.This object is achieved with the im Claim 1 specified features. After that is behind everyone Hologram arranged a point light source, each holo grams that received from its associated point light source Light in one for all holograms Main radiation direction emits.
Bei der erfindungsgemäßen Leuchttafel sind hinter einer mit Hologrammen versehenen Scheibe zahlreiche Punktlichtquellen angeordnet, bei denen es sich vorzugsweise um Leuchtdioden handelt. Jeder Punktlichtquelle ist ein eigenes Hologramm zugeordnet, das von dem Licht dieser Punktlichtquelle getroffen wird und dieses Licht in die Hauptstrahlrichtung abstrahlt. Das diffus aus der Punktlichtquelle austretende Licht wird von dem Hologramm, das die Wirkung einer Sammellinse hat, in annähernd paralleles Licht oder in einen Lichtkegel definierter Aufweitung umgewandelt. Da exakt paralleles Licht nur aus einer selektiven Richtung, der Hauptabstrahlrichtung, gesehen wird, sind die Hologramme vorzugsweise so ausgebildet, dass das von ihnen ausgesandte Lichtbündel einen bestimmten Streuwinkel bzw. Öffnungswinkel hat. Gleichwohl erfolgt eine gerichtete Lichtabstrahlung in der Hauptabstrahlrichtung.In the light panel according to the invention there are one behind Holograms provided numerous point light sources arranged, which are preferably light emitting diodes acts. Each point light source is a separate hologram assigned by the light of this point light source is hit and this light in the main beam direction emits. The diffuse emerging from the point light source Light is emitted by the hologram, which is the effect of a Converging lens, in approximately parallel light or in one Cone of light of defined expansion converted. Because exactly parallel light only from a selective direction, the The main emission direction, is seen, are the holograms preferably designed so that the emitted by them Beams a certain scattering angle or opening angle Has. Nevertheless, there is a directional light emission in the main emission direction.
Die erfindungsgemäße Leuchttafel kann als flacher Strahler zur Beleuchtung von Gegenständen oder auch als Leseleuchte benutzt werden. Die Erfindung ermöglicht es, ein Array aus zahlreichen Leuchtdioden zur blendfreien und gerichteten Lichterzeugung zu benutzen, wobei die von den Leuchtdioden ausgesandten Lichtbündel nach Ablenkung durch die Hologramme in einer gemeinsamen Hauptabstrahlrichtung ausgerichtet sind und nebeneinander verlaufen. Dies ermöglicht die Erzeugung eines breiten gerichteten Lichtbündels. Dadurch wird die von zahlreichen Punktlichtquellen erzeugte Strahlung auf einer größeren Fläche zusammengefaßt und als im wesentlichen parallele Strahlung ausgesandt, wodurch eine große Lichtstärke und Energieausbeute der Punktlichtquellen erreicht wird, oder in einem Kegel aufgeweitet.The light panel according to the invention can be used as a flat spotlight Illumination of objects or used as a reading lamp become. The invention enables an array of numerous LEDs for glare-free and directed light generation use, the ones emitted by the LEDs Beams of light after deflection by the holograms in one common main emission direction are aligned and run side by side. This enables the creation of a wide directed light beam. Thereby the of radiation generated by numerous point light sources on one larger area summarized and than essentially parallel radiation is emitted, creating a large light intensity and energy yield of the point light sources is reached, or expanded in a cone.
Die erfindungsgemäße Leuchttafel wird vorzugsweise als flächenhafte Lichtquelle zur Erzeugung im wesentlichen parallelen oder gerichteten Lichts benutzt, eignet sich jedoch auch zur Erzeugung von Bildmustern durch selektive Steuerung der Intensität und/oder Farbe der einzelnen Lichtquellen. Auf diese Weise können stehende oder bewegte Bilder oder Leuchtschriftbänder gebildet werden.The light panel according to the invention is preferably used as areal light source for generation essentially parallel or directional light used, but is suitable also for the generation of image patterns by selective control the intensity and / or color of the individual light sources. On this way, still or moving pictures or Illuminated lettering tapes are formed.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, als Punktlichtquellen Leuchtdioden benutzen zu können. Leuchtdioden haben eine sehr große Effizienz und eine hohe Lebensdauer. Durch parallele Ausrichtung des gesamten von einer Leuchtdiode ausgesandten Lichts wird dieses Licht äußerst effektiv genutzt, so dass die von den Leuchtdioden beleuchtete Fläche bei Betrachtung aus der Hauptstrahlrichtung sehr hell und gleichmäßig leuchtet. Wenn die Leuchtdioden eine monochromatische Leucht charakteristik haben, ist es möglich das Hologramm so zu gestalten, dass es die Strahlung der ausgesandten Wellenlänge exakt auf den vorgesehen Empfangsbereich richtet. Die Übertragungseigenschaften von Hologrammen sind von der Wellenlänge abhängig. Ein Hologramm, das mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugt wird, hat die bei der Hologrammerzeugung festgelegten Übertragungseigenschaften nur für Licht derselben Längenwelle. Für das betreffende Licht ergibt sich eine Beugungseffizienz von 100%. Dies bedeutet, dass das holografische Element bei der vorgesehenen Wellenlänge besonders effizient ist. Das sichtbare Bild wird in der gewünschten Richtung heller als im Fall einer abweichenden Wellenlänge. A particular advantage is as point light sources To be able to use LEDs. LEDs have a very great efficiency and long life. By parallel Alignment of everything emitted by a light emitting diode Light, this light is used extremely effectively, so that surface illuminated by the LEDs when viewed the main beam direction shines very brightly and evenly. If the LEDs are a monochromatic light characteristics, it is possible to use the hologram in this way shape that it is the radiation of the emitted wavelength aimed precisely at the intended reception area. The Transmission properties of holograms are different from that Wavelength dependent. A hologram with a specific Wavelength is generated in the hologram generation specified transmission properties only for light of the same Length wave. There is one for the light in question Diffraction efficiency of 100%. This means that holographic element at the intended wavelength is particularly efficient. The visible picture is in the desired direction brighter than in the case of a deviating Wavelength.
Vorzugsweise ist die Mittellinie einer von der Punktlichtquelle ausgesandten divergierenden Strahlung schräg auf das zugehörige Hologramm gerichtet. Dies bedeutet, dass die Lichtquelle durch das Hologramm hindurch für den Betrachter nicht sichtbar ist. Auf diese Weise wird die Gleichmäßigkeit der erzeugten Leuchtfläche erhöht und es werden Blendwirkungen durch die Lichtquellen vermieden. Die Punktlichtquelle ist dabei außerhalb der Projektion des betreffenden Hologramms angeordnet. Dies bedeutet, dass ein Betrachter, der durch die das Hologramm tragende Scheibe aus unendlicher Entfernung senkrecht hindurchsieht, die Punktlichtquelle nicht sieht. Alternativ kann die Lichtquelle lotrecht auf das Hologramm strahlen, wenn der Betrachter schräg auf die Hologrammfläche blickt.Preferably the center line is one of the Point light source emitted divergent radiation at an angle directed to the associated hologram. This means that the light source through the hologram for the Viewer is not visible. In this way the Uniformity of the generated luminous area increases and it glare effects from the light sources are avoided. The The point light source is outside the projection of the relevant hologram arranged. This means that a Viewer looking out through the disc bearing the hologram that looks vertically through infinite distance Point light source does not see. Alternatively, the light source beam perpendicular to the hologram when the viewer looks diagonally at the hologram surface.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.In the following, reference will be made to the drawings management examples of the invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausfüh rungsform der Leuchttafel, Fig. 1 is a schematic side view of a first exporting approximate shape of the light panel,
Fig. 2 eine Frontansicht der Leuchttafel, Fig. 2 is a front view of the light panel,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung zur Er läuterung der Hologrammerzeugung, Fig. 3 is a schematic perspective view for explanation of the He hologram generation,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Leuchttafel, Fig. 4 shows a second embodiment of the light panel,
Fig. 5 eine Leuchttafel mit polychromatischer Bilderzeugung und Fig. 5 is a light panel with polychromatic imaging and
Fig. 6 eine Ausführungsform, bei der der Raum zwischen den Lichtquellen und den Hologrammen mit einem transparenten Material ausgefüllt ist. Fig. 6 shows an embodiment in which the space between the light sources and the holograms is filled with a transparent material.
Die dargestellte Leuchttafel 10 weist eine zum Beispiel aus Glas bestehende durchsichtige Scheibe 11 auf, auf der nach Art eines Schachbrettmusters zahlreiche Hologramme HO angeordnet sind. Jedes dieser Hologramme ist ein (nicht bildmäßiges) Hologramm nach Art eines optischen Strichgitters, das die Wirkung einer Linse hat (Zonenplatte).The illustrated light panel 10 has a transparent pane 11 , for example made of glass, on which numerous holograms HO are arranged in the manner of a checkerboard pattern. Each of these holograms is a (non-pictorial) hologram in the manner of an optical grating, which has the effect of a lens (zone plate).
Hinter der Scheibe 11 sind zahlreiche Punktlichtquellen LD in Form von Leuchtdioden angeordnet. Jede dieser Punktlichtquellen erzeugt ein divergierendes Strahlenbündel 12 mit einem Streuwinkel β. Jedem Hologramm HO ist eine Punktlichtquelle LD zugeordnet. Die Punktlichtquelle LD ist jedoch nicht in der horizontalen Projektion des betreffenden Hologramms angeordnet, sondern dazu versetzt, so dass die Mittellinie 13 eines Strahlenbündels 12 schräg auf das zugehörige Hologramm HO gerichtet ist. Der Abstand der Punktlichtquelle LD von dem Hologramm HO ist so bemessen, dass das Strahlenbündel 12 das Hologramm HO vollständig ausfüllt. Da das Strahlenbündel 12 rund ist, während das Hologramm HO quadratisch ist, ist der Durchmesser des Strahlenbündels etwas größer als die Kantenlänge des Quadrats, um eine vollständige Ausleuchtung des Hologramms HO zu erreichen. Jede Punktlichtquelle LD ist so angeordnet, dass sie bei senkrecht auf das zugehörige Hologramm HO gerichtetem Blick durch das Hologramm nicht sichtbar ist. Dadurch werden Blendungen des Betrachters durch direktes Licht der Punktlichtquelle vermieden. Bei Betrachtung des Hologramms aus einem schrägen Winkel ist auch die Anordnung der Lichtquelle im Lot zum Hologramm möglich.Numerous point light sources LD in the form of light-emitting diodes are arranged behind the pane 11 . Each of these point light sources generates a diverging beam 12 with a scattering angle β. A point light source LD is assigned to each hologram HO. However, the point light source LD is not arranged in the horizontal projection of the hologram in question, but is offset from it, so that the center line 13 of a beam 12 is directed obliquely at the associated hologram HO. The distance between the point light source LD and the hologram HO is dimensioned such that the beam 12 completely fills the hologram HO. Since the beam 12 is round while the hologram HO is square, the diameter of the beam is slightly larger than the edge length of the square in order to achieve complete illumination of the hologram HO. Each point light source LD is arranged such that it is not visible through the hologram when looking vertically at the associated hologram HO. Glare from the viewer through direct light from the point light source is thereby avoided. When the hologram is viewed from an oblique angle, it is also possible to arrange the light source perpendicular to the hologram.
Die divergierenden Lichtbündel 12, die auf die Hologramme HO fallen, werden von diesen gebeugt und in einer Hauptabstrahl richtung 14 ausgesandt. Die Hauptabstrahlrichtung 14 verläuft senkrecht zu der Fläche der Scheibe 11. Die von den Hologrammen ausgesandten Lichtbündel 15 bestehen nicht aus exakt parallelen Strahlen, sondern sie haben einen geringen Streuwinkel α von weniger als 10° und insbesondere weniger als 5°. In Fig. 1 ist auf jeder Seite der halbe Streuwinkel α/2 des Strahlenbündels 15 dargestellt. Der Streuwinkel α ist kleiner als der Streuwinkel β, der von den Punktlichtquellen LD ausgesandten Strahlung. Der Streuwinkel α kann alternativ auch 5 bis 15° betragen oder sogar 15 bis 45°.The diverging light beams 12 , which fall on the holograms HO, are diffracted by them and emitted in a main emission direction 14 . The main emission direction 14 is perpendicular to the surface of the disk 11 . The light beams 15 emitted by the holograms do not consist of exactly parallel rays, but rather have a small scattering angle α of less than 10 ° and in particular less than 5 °. In Fig. 1, 2 of the beam 15 is shown on each side of the half scattering angle α /. The scattering angle α is smaller than the scattering angle β of the radiation emitted by the point light sources LD. The scattering angle α can alternatively also be 5 to 15 ° or even 15 to 45 °.
Die Punktlichtquellen LD können einzeln in ihrer Intensität gesteuert oder auch ein- und ausgeschaltet werden, so dass die Hologramme ein Pixelmuster bilden, welches bildmäßig variiert werden kann. Die einzelnen Hologramme HO sind jedoch unterein ander gleich. Bei Anwendungen mit großen Bildflächen und ver gleichsweise kleinem Betrachtungsabstand kann der Beugungs winkel γ für einzelne Bildsegmente variiert werden.The point light sources LD can individually in their intensity can be controlled or switched on and off, so that the Holograms form a pixel pattern that varies in terms of image can be. However, the individual holograms HO are below one another other equal. For applications with large image areas and ver equally small viewing distance can be the diffraction angle γ can be varied for individual image segments.
Leuchtdioden haben im allgemeinen eine bestimmte Farbe, z. B. rot oder grün. Es gibt in neuerer Zeit auch Leuchtdioden die die drei Farben rot, grün und blau vereinigen und als Farbge misch weißes Licht abstrahlen. Die einzelnen Farbkomponenten RGB können einzeln gesteuert werden. Werden solche "weißen" Leuchtdioden benutzt, so können die Hologramme HO selektiv mit unterschiedlichen Farben gesteuert werden.Light-emitting diodes generally have a certain color, e.g. B. red or green. In recent times there are also light emitting diodes combine the three colors red, green and blue and as color emit mixed white light. The individual color components RGB can be controlled individually. If such "white" LEDs are used, so the holograms HO selectively different colors can be controlled.
Fig. 3 zeigt schematisch die Erzeugung eines Hologramms HO auf der Scheibe 11. Die Scheibe 11 trägt eine lichtempfindliche Beschichtung 16, in der das Hologramm auf fotografischem Wege erzeugt wird. Fig. 3 shows the generation schematically shows a hologram HO on the disk 11. The disk 11 carries a light-sensitive coating 16 in which the hologram is produced by photography.
Eine erste Lichtquelle L1 sendet ein erstes Lichtbündel B1 aus, das durch die Scheibe 11 hindurchgeht. Eine zweite Lichtquelle L2, die an derjenigen Stelle in Bezug auf die Scheibe 11 angeordnet ist, an der später die Punktlichtquelle LD angeordnet wird, erzeugt ein zweites Lichtbündel B2, das ebenfalls auf die Scheibe 11 gerichtet ist. Die beiden Lichtquellen L1 und L2 erzeugen monochromatisches kohärentes Licht. Vorzugsweise wird dieses Licht von einer einzigen Lichtquelle erzeugt und dann an die Stellen L1 und L2 übertragen. Die sich überlagernden Kugelwellen belichten die Schicht 16 und bilden dort ein reguläres Hologramm, das fixiert wird. Dieses Hologramm hat dann die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen lichtlenkenden Eigenschaften. Die Mittelachsen der Lichtbündel B1 und B2 schließen den Winkel γ ein, der später den Beugungswinkel bildet.A first light source L1 emits a first light bundle B1 that passes through the pane 11 . A second light source L2, which is arranged at that point with respect to the pane 11 at which the point light source LD is later arranged, generates a second light bundle B2, which is likewise directed onto the pane 11 . The two light sources L1 and L2 generate monochromatic coherent light. This light is preferably generated by a single light source and then transmitted to the locations L1 and L2. The overlapping spherical waves expose the layer 16 and form a regular hologram there, which is fixed. This hologram then has the light-directing properties described with reference to FIGS . 1 and 2. The central axes of the light bundles B1 and B2 enclose the angle γ, which later forms the diffraction angle.
Da die Strahlenbündel 15 mit definiertem Streuwinkel α in die selbe Hauptabstrahlung 14 geleitet werden, hat die Leuchttafel eine hohe Leuchtdichte, so dass sie auch auf größere Entfernung gut erkennbar ist. Es wird aufgabenspezifisch eine flächige blendfreie Lichtabstrahlung mit geringem oder auch größerem Streuwinkel erzeugt. Die Leuchttafel ist sowohl als Lichtquelle geeignet, als auch als Bildschirm.Since the bundles of rays 15 are guided into the same main radiation 14 with a defined scattering angle α, the light panel has a high luminance, so that it can be easily recognized even at a greater distance. Depending on the task, a flat, glare-free light radiation with a small or larger scattering angle is generated. The light panel is suitable both as a light source and as a screen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist jeweils die Licht quelle LD mittig hinter einem Hologramm HO angeordnet, so dass die Mittellinie 13 eines Strahlenbündels 12 senkrecht zur Fläche des Hologramms HO verläuft. Die Hauptabstrahlrichtung 14 ist schräg nach unten geneigt. Eine solche Leuchttafel eignet sich insbesondere für eine Beleuchtung oder Anzeige von oben her.In the embodiment of FIG. 4, the light source LD is arranged in the center behind a hologram HO, so that the center line 13 of a beam 12 extends perpendicular to the surface of the hologram HO. The main emission direction 14 is inclined downwards. Such a light panel is particularly suitable for lighting or display from above.
Die angegebenen Beugungswinkel und Streuwinkel beziehen sich jeweils auf eine bestimmte Wellenlänge bzw. ein begrenztes Spektrum. Bei weißem Licht ist der Streuwinkel durch die spektrale Divergenz der Beugung größer.The specified diffraction angles and scattering angles refer each to a certain wavelength or a limited one Spectrum. In the case of white light, the scattering angle is through the spectral divergence of diffraction larger.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem jedem Hologramm HO drei Lichtquellen LDR, LDG und LDB für rotes, grünes und blaues Licht zugeordnet sind. Die Lichtquellen sind individuell von einer (nicht dargestellten) Steuereinheit derart gesteuert, dass das Hologramm HO einen Lichtpunkt erzeugt, der in einer Farbe leuchtet, welche aus den Komponenten rot, grün und blau der einzelnen Lichtquellen LDR, LDG und LDB zusammengesetzt ist. Die Strahlenbündel aller drei Lichtquellen sind auf dasselbe Hologramm HO gerichtet.In Fig. 5, an embodiment is shown in which each hologram HO three light sources LDR, LDG and LDB are assigned to red, green and blue light. The light sources are individually controlled by a control unit (not shown) in such a way that the hologram HO generates a light spot which lights up in a color which is composed of the components red, green and blue of the individual light sources LD R , LD G and LD B . The beams of all three light sources are directed to the same hologram HO.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit besonders hoher Lichtausbeute. Die Lichtquellen LD sind hierbei ebenfalls Leuchtdioden, jedoch sind diese nicht mit einem lichtdurchlässigen Gehäuse versehen sondern sie bestehen aus freiliegenden Halbleiterchips 18, welche mit entsprechenden Anschlussdrähten verbunden sind. Die Halbleiterchips 18 sind in einer Vergussmasse aus transparentem Material 20 vergossen. Das Material 20, z. B. ein Acrylharz, füllt den gesamten Zwischenraum zwischen einer rückwärtigen Scheibe 21 und den Hologrammen HO luftfrei aus. Das von den Halbleiterchips 18 ausgesandte Licht wird ausschließlich durch das Material 20 hindurch zu dem Hologramm übertragen, ohne dass eine optische Übergangs- oder Stoßstelle im Lichtübertragungsweg vorhanden wäre. Bei einer solchen optischen Stoßstelle, wie sie beim Übergang von Luft in Glas vorhanden ist, entstehen Reflexionen, durch die ein Teil des ausgesandten Lichts verloren geht. Das den Zwischenraum zwischen den Lichtquellen und den Hologrammen vollständig ausfüllende Material 20 ist optisch homogen, so dass Übergänge vermieden werden. Die Hologramme HO können auch auf der Oberfläche des Materials 20 angebracht werden. In diesem Fall dient die Scheibe 11 lediglich als Schutzwand für die Hologramme. Fig. 6 shows an embodiment with a particularly high luminous efficiency. The light sources LD are also light-emitting diodes, but they are not provided with a translucent housing but instead consist of exposed semiconductor chips 18 which are connected to corresponding connecting wires. The semiconductor chips 18 are encapsulated in a potting compound made of transparent material 20 . The material 20 , e.g. B. an acrylic resin, fills the entire space between a rear pane 21 and the holograms HO air-free. The light emitted by the semiconductor chips 18 is transmitted exclusively through the material 20 to the hologram, without there being an optical transition or impact point in the light transmission path. At such an optical joint, as is the case with the transition from air to glass, reflections arise through which part of the emitted light is lost. The material 20 completely filling the space between the light sources and the holograms is optically homogeneous, so that transitions are avoided. The holograms HO can also be applied to the surface of the material 20 . In this case, the disc 11 serves only as a protective wall for the holograms.
Die Lichtquellen LD werden zeitlich variierend und selektiv gesteuert, so dass wechselnde Bilder von den Hologrammen abgestrahlt werden.The light sources LD become time-varying and selective controlled so that changing images of the holograms be emitted.
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