DE102006034817A1

DE102006034817A1 - Luftfahrzeuglichtquelle mit zumindest einer Leuchtdiode und einem Diffusor

Info

Publication number: DE102006034817A1
Application number: DE102006034817A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl.-Ing. Kohlmeier-Beckmann; Horst-Dieter Dipl.-Ing. Schilling
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US20080025032A1; US7905638B2

Abstract

Eine verbesserte Luftfahrzeuglichtquelle (1) umfasst zumindest eine Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) und einen Diffusor (4). Der Diffusor (4) weist einen ersten Körper (14) mit einem ersten Brechungsindex und eine Mehrzahl von in dem ersten Körper (14) angeordneten zweiten Körpern (6, 6a) mit einem zweiten Brechungsindex auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Luftfahrzeuglichtquelle mit zumindest einer Leuchtdiode und einem verbesserten Diffusor.
Bei Luftfahrzeugen werden zunehmend Leuchtdioden als Leuchtmittel eingesetzt, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtmitteln bezogen auf ihre Masse, ihren Stromverbrauch und die erzeugte Abwärme Licht mit höherer Intensität abstrahlen. Leuchtdioden werden mit zunehmend höherer Leistung angeboten, jedoch ist deren Öffnungswinkel verglichen mit herkömmlichen Leuchtmitteln relativ klein und der Austrittswinkel des Lichtstrahles aus der Leuchtdiode kann streuen. Der Strahl einer Leuchtdiode kann mittels eines Diffusors aufgeweitet werden. Wegen der engen Platzverhältnisse in einem Luftfahrzeug ist der Abstand der Leuchtdiode zum Diffusor relativ niedrig.
Die üblicherweise in einem Luftfahrzeug für eine Luftfahrzeuglichtquelle verwendeten Diffusoren weisen ein transparentes Kunststoffmaterial auf, dem eine bestimmte Menge weißer Streupartikel, beispielsweise Titandioxid-Granulat, beigemischt wird. Die Diffusion, d.h. die regellose Lichtdurchmischung, wird durch eine Mehrfachreflexion des Lichts beim Durchgang durch den Diffusor erreicht. Dabei wird jedoch wie bei jeder Reflexion auch ein Teil der Lichtenergie absorbiert und in die falsche Richtung (zurück)reflektiert.
Wegen der gewünschten flachen Bauform der Luftfahrzeuglichtquelle ergibt sich daher, wie zuvor erwähnt, ein relativ niedriger Abstand zwischen einer Lichtquelle und einem Diffusor. Daher muss entweder der Anteil von Streupartikeln sehr groß und/oder die Dicke des Diffusors groß sein. Beide Maßnahmen führen zu erheblichen Lichtverlusten, mit der Folge, dass Leuchtmittel mit einer erhöhten Lichtleistung verwendet werden müssen und/oder die Anzahl der Leuchtmittel erhöht werden muss, was zu einem zusätzlichen Platzbedarf, einer Massenzunahme und zu einem erhöhten Stromverbrauch führt. Ferner kann zur Beleuchtung der Kabine eine Mehrzahl von Leuchtdioden eingesetzt werden, wobei zumindest eine Leuchtdiode Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die sich von der Wellenlänge des von einer anderen Leuchtdiode emittierten Lichts unterscheidet. Wird der Diffusor beispielsweise mit rotem, gelbem und blauem Licht bestrahlt, das jeweils von einer Leuchtdiode erzeugt wird, die rotes Licht, gelbes Licht bzw. blaues Licht abgibt, kann eine insgesamt weiße Lichtabgabe erzeugt werden. Durch Variieren des Anteiles von rotem Licht und/oder blauem Licht kann die Farbtemperatur des von der Luftfahrzeuglichtquelle abgegebenen Lichts variiert werden. Beispielsweise kann der Anteil an rotem Licht erhöht werden, wenn die Passagiere sich zu entspannen wünschen. Umgekehrt kann der Anteil an blauem Licht erhöht werden, wenn gewünscht wird, die Aufmerksamkeit der Passagiere zu steigern. Ferner kann dem in die Kabine abgegebenen Licht eine vom Verwender im jeweiligen Anwendungsfall gewünschte Tönung gegeben werden. Wie zuvor erwähnt wurde, weisen Leuchtdioden einen relativ kleinen Abstrahlwinkel auf und befinden sich nahe an dem Diffusor. Für eine hinreichend gute Farbdurchmischung ist folglich ein Diffusor mit einer hohen Dichte an Streupartikel und/oder ein dicker Diffusor erforderlich, was zu hohen Intensitätsverlusten führt.
Ferner besteht der Bedarf, Decken- und/oder Seitenpaneelen als leuchtende Flächen auszugestalten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Luftfahrzeuglichtquelle zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch eine Luftfahrzeuglichtquelle gelöst, die zumindest eine Leuchtdiode und einen Diffusor umfasst. Der Diffusor hat einen Körper mit einem ersten Brechungsindex und eine Mehrzahl von in dem ersten Körper angeordneten zweiten Körpern, die einen zweiten Brechungsindex aufweisen. Bei diesem Diffusor wird das Licht beim Übergang vom ersten Körper in den zweiten Körper und umgekehrt jeweils abgelenkt, da diese einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Da das Licht im Wesentlichen nicht absorbiert oder reflektiert wird, sind die Lichtverluste vergleichsweise klein. Ein herkömmlicher Diffusor, beispielsweise ein Diffusor, der auf einem weiß eingefärbten Material, einer beidseitig strukturierten Oberfläche oder einem Titandioxid-Granulat basiert, weist einen Transmissionsgrad τ von etwa 0,4 bis etwa 0,5 auf. Der bei der erfindungsgemäßen Luftfahrzeuglichtquelle eingesetzte Diffusor mit einem ersten Körper, der einen ersten Brechungsindex aufweist, und einer Mehrzahl von in dem ersten Körper angeordneten zweiten Körpern, die einen zweiten Brechungsindex aufweisen, hat einen Transmissionsgrad τ von etwa 0,8 bis 0,9. Durch Variieren der Dicke des Diffusors, der Anzahl und/oder der Größe der zweiten Körper lässt sich ein gewünschter Diffusionsgrad einstellen. Beispielsweise beträgt die Dicke des Diffusors etwa 1 mm bis etwa 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm. Die Größe der zweiten Körper beträgt beispielsweise etwa 10 μm bis etwa 70 μm, vorzugsweise etwa 40 μm.
Der erste Körper kann ein flammhemmendes Material aufweisen, und/oder die zweiten Körper können ein flammhemmendes Material aufweisen. Die in einem Luftfahrzeug verwendeten Materialien unterliegen Zulassungsvorschriften. Diese sehen vor, dass die in einem Luftfahrzeug verwendeten Materialien im Wesentlichen flammhemmend sind. Der erste Körper kann ein Kunststoffmaterial, beispielsweise Polycarbonat, aufweisen. Die zweiten Körper können Glas aufweisen. Sowohl Polycarbonat als auch Glas sind flammhemmende Materialien, so dass deren Zulassung zur Verwendung in einem Luftfahrzeug unkritisch ist.
Polycarbonat ist als Material für den ersten Körper auch bevorzugt, da es eine relativ gute Resistenz gegen Säuren und alkalische Flüssigkeiten aufweist. Der erste Körper kann der Träger für die Mehrzahl von zweiten Körpern sein und ist beispielsweise an der Außenseite einer Decken- und/oder Seiten-Paneele angeordnet. Da Polycarbonat relativ resistent gegenüber Säuren und alkalischen Flüssigkeiten ist, kann es mit üblichen Putzmitteln gut gereinigt werden.
Die zweiten Körper können im Wesentlichen kugelförmig sein, wodurch sich eine besonders hohe Ablenkung bzw. Brechung des Lichts und somit eine besonders gute Strahlaufweitung und/oder Lichtdurchmischung ergibt. Die zweiten Körper können in mehreren Ebenen verteilt im ersten Körper angeordnet sein, d.h. sie sind aus Sicht eines durchlaufenden Lichtstrahles nacheinander angeordnet, wodurch sich eine nochmals verbesserte Strahlaufweitung und Lichtdurchmischung ergibt.
Die Leuchtdiode weist im Betrieb einen vorbestimmten Lichtkegel auf, und der Diffusor weist eine vorbestimmte Lichtaustrittsfläche auf. Die Leuchtdiode und der Diffusor können derart voneinander beabstandet sein, dass der vom Lichtkegel der Leuchtdiode an der Lichteintrittsseite des Diffusors beleuchtete Bereich kleiner als der von dem Diffusor aus dem Lichtkegel erzeugte leuchtende Bereich an der Lichtaustrittsfläche des Diffusors ist. Die zweiten Körper können das an der Lichteintrittsseite des Diffusors eintretende Licht derart brechen, dass es an der Lichtaustrittsseite des Diffusors an einer Position austritt, die an der Lichteintrittsseite des Diffusors nicht mit einer Leuchtdiode beleuchtet wird. Dadurch entsteht eine Luftfahrzeuglichtquelle mit einer besonders homogenen Lichtabgabe.
Die Luftfahrzeuglichtquelle kann eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfassen, wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden und der Diffusor derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden nicht überlappen. Da die zweiten Körper, wie zuvor beschrieben, das Licht seitlich ablenken können, entsteht eine Luftfahrzeuglichtquelle mit einer homogenen Lichtabgabe, obwohl der Diffusor an der Lichteintrittsseite nicht homogen beleuchtet wird.
Die Luftfahrzeuglichtquelle kann eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfassen, wobei zumindest eine Leuchtdiode Licht einer anderen Wellenlänge emittiert als eine andere Leuchtdiode und wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden und der Diffusor derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden nicht überlappen. Wie zuvor erwähnt, können die zweiten Körper das an der Lichteintrittsseite eintretende Licht seitlich ablenken bzw. brechen und somit vermischen, so dass an der Lichtaustrittsseite des Diffusors eine hinsichtlich des Ortes und der Farbe homogene Lichtabgabe entsteht. Die Luftfahrzeuglichtquelle kann eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfassen, wobei zumindest eine Leuchtdiode Licht einer anderen Wellenlänge emittiert als eine andere Leuchtdiode und wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden und der Diffusor derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden zumindest teilweise überlappen.
Die Luftfahrzeuglichtquelle kann eine Luftfahrzeugkabinenbeleuchtung sein. Die Luftfahrzeuglichtquelle kann auch als Positionslicht oder als Scheinwerfer beispielsweise an einem Bugrad oder an einer Tragfläche eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der 1 detaillierter erklärt, die einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Luftfahrzeuglichtquelle zeigt.
Die Luftfahrzeuglichtquelle 1 umfasst einen Diffusor 4 mit einem ersten Körper 14 aus Material mit einem ersten Brechungsindex. Der Diffusor 4 weist ferner eine Mehrzahl zweiter Körper 6 aus Material mit einem zweiten Brechungsindex auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in dem ersten Körper 14 aufgenommen sind. Die Luftfahrzeuglichtquelle umfasst ferner zumindest eine Leuchtdiode, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Leuchtdioden 2a, 2b, 2c. Wie zuvor erwähnt, beträgt die Dicke des Diffusors 4 beispielsweise etwa 1 mm bis etwa 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm. Die Größe der zweiten Körper 6 beträgt beispielsweise etwa 10 μm bis etwa 70 μm, vorzugsweise etwa 40 μm.
Der erste Körper 14 kann einen Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat, aufweisen. Die zweiten Körper 6 können kugelförmig ausgebildet sein und Glas aufweisen. Der erste Brechungsindex des ersten Körpers 14 unterscheidet sich von dem zweiten Brechungsindex der zweiten Körper 6, wobei der zweite Brechungsindex höher als der erste Brechungsindex sein kann, wodurch sich eine hohe Brechung bzw. Ablenkung eines den zweiten Körper passierenden Lichtstrahles ergibt. Es sind aber auch Konstellationen denkbar, bei denen der erste Brechungsindex höher als der zweite Brechungsindex ist.
Anhand von 1 wird jetzt die Lichtstreuung und die Lichtmischung erläutert, die durch den Diffusor 4 erreicht werden kann. In 1 sind schematisch Randstrahlen 8a, 8b, 16, 18, 20, 24, 26a, 26b, 28a, 28b, 10 dargestellt. Der Begriff „Randstrahl" bezeichnet zum Zwecke dieser Beschreibung den Strahl, der am Rand des Lichtkegels einer Leuchtdiode 2a, 2b, 2c verläuft. Es versteht sich von selbst, dass innerhalb des Lichtkegels weitere Strahlen verlaufen. Die Leuchtdiode 2c gibt einen Lichtkegel mit einem relativ kleinen Öffnungswinkel ab. Der Randstrahl 8a des Lichtkegels tritt in den ersten Körper 14 des Diffusors 4 und dort in den zweiten Körper 6 ein. Der zweite Körper 6 weist einen höheren Brechungsindex als der erste Körper 14 auf. Somit wird der Randstrahl 8 in den Randstrahl 16 gebrochen. In diesem Beispiel wird der Randstrahl 16 von der (nicht gezeigten) Symmetrieachse des Lichtkegels der Leuchtdiode 2c weggebrochen. Folglich weist der Lichtkegel nun einen größeren Öffnungswinkel auf. An einem weiteren zweiten Körper 6a wird der Randstrahl 16 weiter von der Symmetrieachse des Lichtkegels weg in den Randstrahl 18 gebrochen. Der Randstrahl 18 tritt am Rand der Lichtaustrittsfläche 12 des Diffusors 4 aus. Der lichtabgebende Bereich der Leuchtfläche des Diffusors an der Lichtabgabeseite ist größer als der an der Lichteintrittsseite durch den Lichtkegel der Leuchtdiode beleuchtete Bereich. Ferner weist der von dem Diffusor 4 abgegebene Lichtkegel mit dem Randstrahl 18 einen deutlich größeren Öffnungswinkel als der von der dritten Leuchtdiode 2c abgegebene Lichtkegel mit dem Randstrahl 8a auf.
Die erfindungsgemäße Luftfahrzeuglichtquelle kann auch Licht verschiedener Farben mischen. Beispielsweise kann die erste Leuchtdiode 2a rotes Licht abgeben, die zweite Leuchtdiode 2b gelbes Licht und die dritte Leuchtdiode 2c blaues Licht. Der Randstrahl 26a des von der ersten Leuchtdiode 2a abgegebenen Lichtkegels tritt in den ersten Körper 14 des Diffusors 4 ein. Der Randstrahl 26a wird von einem der Mehrzahl zweiter Körper 6 in den Randstrahl 24 und von einem weiteren der zweiten Körper 6 in den Randstrahl 22 gebrochen und tritt aus dem ersten Körper 14 des Diffusors 4 aus. Der von der dritten Leuchtdiode 2c erzeugte Lichtkegel weist einen Randstrahl 8b auf, der in den ersten Körper 14 des Diffusors eintritt und dort von einem der zweiten Körper 6 von der Symmetrieachse des Lichtkegels nach außen gebrochen wird und als Randstrahl 20 aus dem zweiten Körper in den ersten Körper 14 eintritt. Der Randstrahl 20 tritt in einen weiteren der zweiten Körper 6 ein und wird wieder von der Symmetrieachse des Lichtkegels weg gebrochen und tritt als Randstrahl 24 in den ersten Körper wieder ein und tritt von dem ersten Körper 14 aus dem Diffusor aus (nicht gezeigt). Auch die Randstrahlen 28a, 28b des von der zweiten Leuchtdiode 2b erzeugten Lichtkegels werden im Diffusor 4 durch die in dem ersten Körper 14 aufgenommenen zweiten Körper 6 von der Symmetrieachse weg gebrochen. An der Lichtaustrittsfläche 12 des Diffusors 4 überlappen sich folglich die von der ersten, zweiten und dritten Leuchtdiode 2a, 2b, 2c abgegebenen Lichtkegel. Somit tritt eine effektive Vermischung der jeweils von den Leuchtdioden 2a, 2b, 2c abgegebenen Farben auf. Durch Variieren der Intensität der einzelnen Leuchtdioden 2a, 2b, 2c kann die Farbtemperatur variiert werden. Wie zuvor beschrieben wurde, kann ein erhöhter Anteil von rotem Licht erwünscht sein, falls die Passagiere in einem Luftfahrzeug sich zu entspannen wünschen oder umgekehrt ein höherer Anteil an blauem Licht erwünscht sein, falls sich die Passagiere konzentrieren müssen. Ferner kann dem in die Kabine abgegebenen Licht eine vom Verwender im jeweiligen Anwendungsfall gewünschte Tönung gegeben werden.
Die Randstrahlen von 1 dienen nur der Beschreibung einer Ausführungsform der Luftfahrzeuglichtquelle. Es versteht sich, dass in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel eines Lichtstahles des Lichtkegels in einen der zweiten Körper in dem Diffusor 4 der Lichtstrahl sowohl von der Symmetrieachse des Lichtkegels weg gebrochen werden kann als auch zu ihr hin gebrochen werden kann.
Die erfindungsgemäße Luftfahrzeuglichtquelle kann aufgrund ihrer kleinen Größe in eine Deckenpaneele oder Seitenpaneele integriert werden. Da der erste Körper 14 des Diffusors 4 aus Kunststoff hergestellt wird und die Paneelen der Flugzeugkabine ebenfalls aus Kunststoff bestehen, kann die erfindungsgemäße Luftfahrzeuglichtquelle nahtlos in die Paneele einer Luftfahrzeugkabine integriert werden. Dadurch werden störende Unterbrechungen in dem optischen Design derartiger Paneelen vermieden, wie sie durch herkömmliche Leuchtmittel und herkömmliche Lichtaustrittsöffnungen auftreten können.
Man erkennt, dass sich die von den Leuchtdioden 2a, 2b, 2c abgegebenen Lichtkegel an der Lichteintrittsseite des Diffusors 4 nicht überlappen. Aufgrund der Brechungseigenschaften des Diffusors 4 mit seinem ersten Körper 14 und den darin angeordneten zweiten Körpern 6, die einen anderen Brechungsindex aufweisen als der erste Körper 14, werden die Lichtkegel durch Brechung derart aufgeweitet, dass sich die Lichtkegel an der Lichtaustrittsseite des Diffusors an der Lichtaustrittsfläche 12 überlappen. Dadurch entsteht eine besonders homogene Lichtabgabe. Werden Leuchtdi oden 2a, 2b, 2c verwendet, die je Licht mit einer anderen Farbe abgeben, tritt in dem Diffusor 4, wie zuvor beschrieben, auch eine Farbmischung auf. Das von dem Diffusor 4 an der Lichtaustrittsfläche 12 abgegebene Licht ist besonders homogen hinsichtlich des Ortes und der Farbe.
Ferner kann der zweite Körper 14 des Diffusors und/oder die Mehrzahl von zweiten Körpern 6 aus einem flammhemmenden Material hergestellt werden, wodurch ein Einsatz im Luftfahrzeug problemlos möglich ist.

Claims

Luftfahrzeuglichtquelle (1), umfassend zumindest eine Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) und einen Diffusor (4), wobei der Diffusor (4) einen ersten Körper (14) mit einem ersten Brechungsindex und eine Mehrzahl von im dem ersten Körper (14) angeordneten zweiten Körpern (6, 6a) umfasst, die einen zweiten Brechungsindex aufweisen.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (14) ein flammhemmendes Material aufweist und/oder die zweiten Körper (6, 6a) ein flammhemmendes Material aufweisen.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (14) ein Kunststoffmaterial aufweist.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (6, 6a) Polycarbonat aufweist.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Körper (6, 6a) Glas aufweisen.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Körper (6, 6a) im Wesentlichen kugelförmig sind.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweiten Körper (6, 6a) in mehreren Ebenen verteilt im ersten Körper (14) befinden.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) im Betrieb einen Lichtkegel aufweist, und der Diffusor (4) eine Lichtaustrittsfläche (12) aufweist und die Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) und der Diffusor (4) derart beabstandet sind, dass der vom Lichtkegel der Leuchtdiode (6, 6a) an der Lichteintrittsseite des Diffusors (4) beleuchtete Bereich kleiner als der von dem Diffusor (4) aus dem Lichtkegel erzeugte leuchtende Bereich an der Lichtaustrittsfläche (12) des Diffusors (4) ist.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfahrzeuglichtquelle (1) eine Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) umfasst, wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) und der Diffusor (4) derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) nicht überlappen.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfahrzeuglichtquelle (1) eine Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) umfasst, wobei zumindest eine Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) Licht einer Wellenlänge emittiert, die sich von der Wellenlänge des von einer anderen Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) emittierten Lichts unterscheidet, und wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) und der Diffusor (4) derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden nicht überlappen.
Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfahrzeuglichtquelle (1) eine Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) umfasst, wobei zumindest eine Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) Licht einer Wellenlänge emittiert, die sich von der Wellenlänge des von einer anderen Leuchtdiode (2a, 2b, 2c) emittierten Lichts unterscheidet, und wobei die Mehrzahl von Leuchtdioden (2a, 2b, 2c) und der Diffusor (4) derart voneinander beabstandet sind, dass sich die Lichtkegel der Leuchtdioden zumindest teilweise überlappen.
Luftfahrzeugkabinenbeleuchtung, umfassend eine Luftfahrzeuglichtquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.