-
Die
folgende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen,
die Licht emittieren, und insbesondere auf Vorrichtungen mit einem
flexiblen Lichtleiter, der mit einer Lichtquelle gekoppelt ist,
und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
-
Verschiedene
Typen von Beleuchtungsstrukturen sind bekannt. Allgemein ist eine
Beleuchtungsstruktur, wie diese hierin verwendet wird, eine Struktur,
die Licht emittiert. Derartige Beleuchtungsstrukturen könnten für verschiedene
Anwendungen erwünscht
sein, von dekorativer Beleuchtung eines Hauses oder Geschäfts (z.
B. Seillichter usw.) bis zu dekorativer Beleuchtung in kleinen Elektronikvorrichtungen,
wie z. B. Laptop-Computern oder Mobiltelefonen usw. Für eine bestimmte
Anwendung ist unter Umständen
eine bestimmte Form der Beleuchtungsstruktur erwünscht. Eine Form z. B. die
in eine bestimmte Elektronikvorrichtung passt, könnte erwünscht sein. Ferner könnte es
wünschenswert
sein, dass die Beleuchtungsstruktur immer im Wesentlichen gleichmäßig emittiert.
Viele derartige Anwendungen, bei denen Beleuchtung hauptsächlich zu ästhetischen
Zwecken vorgesehen ist, werden als ”Spaßlichtanwendungen” bezeichnet.
-
Eine
herkömmliche
Beleuchtungsstruktur, die Entwerfer zum Erzeugen von Lichtentwürfen für Anwendungen
verwendet haben, hat bisher einen Lichtleiter und eine oder mehrere
Lichtquellen umfasst. Die Lichtquelle erzeugt das Licht und das
Licht, das durch eine derartige Lichtquelle ausgegeben wird, wird
durch den Lichtleiter getragen. Der Lichtleiter emittiert zumindest
einen Teil des Lichts, das er trägt
(z. B. glüht
der Lichtleiter). Übliche
Lichtquellen, die mit einem derartigen Lichtleiter verwendet werden,
sind Leuchtdioden (LEDs). 1 zeigt
eine exemplarische Beleuchtungsstruktur, die in früheren Entwürfen eingesetzt
wird.
-
Die
exemplarische Beleuchtungsstruktur umfasst einen Lichtleiter 120 und
LEDs 110. Der Lichtleiter 120 ist ein Kunststoffteil
mit Mikrostrukturen darunter, um Licht aus LEDs 110 zu
extrahieren, und so ist der Lichtleiter 120 ein starres
Teil. Die LEDs 110 sind an verschiedenen Orten auf dem Lichtleiter 120 als
eine Lichtquelle angebracht. Leider waren Anwendungen dieses Typs
von Beleuchtungsstruktur bisher eingeschränkt. Die Starrheit und Inflexibilität des Lichtleiters 120 führen zu
einer Schwierigkeit für
Entwerfer bei der Erzeugung bestimmter modischer Formen, die unter
Umständen
für eine
bestimmte Anwendung wünschenswert
sind. Außerdem
führt die
grundlegende Struktur des Lichtleiters 120 aufgrund von
heißen
Punkten bzw. Hot Spots nahe den Lichtquellen und aufgrund eines
Lichtleckens an den Biegungen oder Kurven des Lichtleiters 120 zu
einer ungleichmäßigen Verteilung
der Helligkeit des Lichts, das durch den Lichtleiter emittiert wird.
Außerdem
ist unter Umständen
eine unerwünscht
große
Anzahl von Lichtquellen (z. B. LEDs 110) erforderlich,
um die schlechte Lichtkopplung (die als „optische Kopplung” bezeichnet
werden könnte)
von LEDs 110 zu einem Lichtleiter 120 und ein
Lichtlecken aus den gekrümmten
Abschnitten des Lichtleiters 120 zu kompensieren.
-
Flexible
Lichtleiter (die auch als „Lichtstreifen” bezeichnet
werden könnten)
stellen eine Alternative zu dem oben erwähnten starren Lichtleiter 120 dar.
Flexible Lichtleiter sind zum Tragen von Licht von einer oder mehreren
Lichtquellen und Emittieren zumindest eines Teils derartigen Lichts
entlang der Länge
der Leiter verfügbar.
Aufgrund ihrer Flexibilität
bieten derartige flexible Lichtleiter größere Vielseitigkeit für Entwerfer
bei der Erzeugung von Beleuchtungsstrukturen für verschiedene Anwendungen.
Die flexiblen Lichtleiter stellen eine wesentliche Verbesserung
gegenüber
dem oben erwähnten
starren Lichtleiter 120 in Bezug auf Gleichmäßigkeit
und Helligkeit des Lichts, das durch die gesamte Länge des
flexiblen Lichtleiters emittiert wird, sowie größere Flexibilität bereit.
Ein Beispiel eines bekannten flexiblen Lichtleiters ist eines, das
aus einer äußeren Teflon-Umhüllung, die
einen inneren Elastomerkern umgibt, aufgebaut ist. Ein derartiger
flexibler Lichtleiter ist in der Lage, sich mit einer Krümmung mit
einem Durchmesser von zehn Millimetern zu biegen, während mehr
als 80% seiner Leuchtkraft erhalten bleiben. 2 zeigt
ein Beispiel eines derartigen flexiblen Lichtleiters 220,
mit dem eine Lichtquelle (z. B. LED) 210 gekoppelt ist.
Ein typisches Verfahren eines Koppelns des flexiblen Lichtleiters 220 mit
der LED 110 beinhaltet die Verwendung eines Schrumpfschlauchs 230.
Die LED 210 und der Lichtleiter 220 werden z.
B. wie erwünscht
relativ zueinander innerhalb eines Schlauchs 230 positioniert,
der einen ausreichend großen
Durchmesser besitzt, um die LED 210 und den Lichtleiter 220 zu
umschließen.
Wärme wird
dann an den Schlauch 230 angelegt, um diesen Schlauch 230 schrumpfen
zu lassen (d. h. den Durchmesser des Schlauchs zu reduzieren), wodurch
bewirkt wird, dass der Schrumpfschlauch 230 den Lichtleiter 220 und
die LED 210 in Eingriff nimmt, um diese Komponenten relativ
zueinander an ihrem Ort zu halten. Für diesen Typ von Beleuchtungsstruktur
ist die LED 210 eine Durchgangsloch-Typ-LED und ein Ende
des flexiblen Lichtleiters 230 ist derart in Kontakt zu
der LED 210 platziert, dass durch die LED 210 erzeugtes
Licht durch den Lichtleiter 230 geleitet wird.
-
Leider
besitzt das Verfahren zum Verwenden des Schrumpfschlauchs 230 als
Mittel zur Anbringung des flexiblen Lichtleiters 220 an
der LED 210 mehrere Nachteile, die für bestimmte Beleuchtungsanwendungen
unerwünscht
sind. Die Verwendung des Schrumpfschlauchs 230 führt zu einer
schlechten Lichtkopplung (und optischen Kopplung) zwischen der optischen
Mitte der mit einem Durchgangsloch versehenen LED 210 und
dem flexiblen Lichtleiter 220. Der Wirkungsgrad der Lichtkopplung
wird weiter reduziert, da der Schrumpfschlauch 230 kein guter
Reflektor ist, was zu einem Verlust von Licht durch Absorption durch
den Schrumpfschlauch 230 führt. Da mit Durchgangsloch
versehene LEDs bei dieser Beleuchtungsstruktur erforderlich sind
(aufgrund der Verwendung des Schrumpfschlauchs 230 zur
Kopplung der LED 220 mit dem flexiblen Lichtleiter 220),
ist eine Anwendung dieser Beleuchtungsstruktur auf Miniaturprodukte
eingeschränkt.
Ferner hat sich der Gesamtentwurf, der einen Schrumpfschlauch 230 zur
Kopplung des flexiblen Lichtleiters 220 mit der LED 210 verwendet,
nicht als robuster Entwurf erwiesen und kann als ein Ergebnis einer mechanischen
Erschütterung
oder eines Temperaturschocks versagen.
-
Aus
der
US 2002/0122316
A1 ist ein geschlossenes Beleuchtungsband, welches eine
Beleuchtungsvorrichtung und eine Energieversorgungseinheit innerhalb
eines Gehäuses
aufweist bekannt, wobei sich zwei Enden eines Lichtleitkerns an
dem Gehäuse
treffen. Im Betrieb wird von einem Ende des Gehäuses Licht ausgesendet, um
das andere Ende durch das Lichtleitkabel zu erreichen und das ganze Beleuchtungsband
zu beleuchten.
-
Aus
der
US 2004/0066658
A1 ist eine optische Vorrichtung mit einer Lichtquelle,
Auswahlmittel und optischen Leitern, wobei die Lichtquelle Mittel zum
Erzeugen einer Mehrzahl von optischen Regionen verschiedener Farben
beinhaltet.
-
Aus
der
US 2005/0200315
A1 ist eine Vorrichtung zum Mischen von Licht bekannt,
welche eine Mischkavität
aufweist von der aus Licht durch einen Lichtleiter zu einem Farbsensor
geleitet wird. Das geleitete Licht wird mittels des Farbsensors
detektiert und mittels des detektierten Lichts wird die Lichtfarbe innerhalb
der Mischkavität
gesteuert.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung oder
ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch
3 oder ein Verfahren gemäß Anspruch
13 oder gemäß Anspruch
14 gelöst.
-
Angesichts
des Obigen besteht ein Wunsch nach einer Beleuchtungsstruktur, die
gute Lichtkopplung (die auch als ”optische Kopplung” bezeichnet werden
kann) zwischen einer Lichtquelle und einem flexiblen Lichtleiter
bereitstellt. Außerdem besteht
ein Wunsch nach der Bereitstellung einer gleichmäßigen Verteilung einer Helligkeit über die
gesamte Länge des
Lichtleiters mit minimalen heißen
Punkten. Außerdem
besteht ein Wunsch nach einer derartigen Beleuchtungsstruktur, die
robust ist, mit einer Komponentenkopplung, die einen Ausfall durch
Temperaturschock oder mechanische Erschütterungen minimiert. Ein weiterer
Wunsch besteht nach einer derartigen Beleuchtungsstruktur, die geeignet
zur Beinhaltung von Lichtquellen in Chipgröße und Anwendung innerhalb
Miniaturbauelementen, wie z. B. Miniaturelektronikanwendungen, ist.
-
Bestimmte
Ausführungsbeispiele
ermöglichen eine
Krümmung
des flexiblen Lichtleiters mit minimalen heißen Punkten bzw. Hot Spots
bei der Helligkeit des durch denselben emittierten Lichts.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist eine Vorrichtung ein Substrat auf, an dem eine Lichtquelle
befestigt ist. Die Vorrichtung weist ferner einen flexiblen Lichtleiter
auf, der optisch derart mit der Lichtquelle gekoppelt ist, dass
der Lichtleiter Licht, das durch die Lichtquelle ausgegeben wird,
aufnimmt und zumindest einen Teil des aufgenommenen Lichts emittiert.
Die Vorrichtung weist ferner ein Gehäuse auf, das derart an dem
Substrat befestigt ist, dass das Gehäuse die Lichtquelle zumindest
teilweise umschließt
und mechanisch den flexiblen Lichtleiter in einer erwünschten
Ausrichtung mit der Lichtquelle befestigt.
-
Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
besitzt das Gehäuse
ein reflektierendes Inneres, was die Lichtkopplung der Lichtquelle
mit dem flexibeln Lichtleiter optimiert. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
emittiert der flexible Lichtleiter das aufgenommene Licht entlang
einer Länge
des Lichtleiters. Vorzugsweise emittiert der flexible Lichtleiter
gemäß bestimmten
Ausführungsbeispielen
im Wesentlichen eine gleichmäßige Verteilung
des aufgenommenen Lichts entlang einer Länge des Lichtleiters.
-
Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
weist das Gehäuse
ein Loch zum Aufnehmen eines Endes des flexiblen Lichtleiters auf.
So tritt bei einem Ausführungsbeispiel
durch Anbringen des Endes des flexiblen Lichtleiters in dem Loch
des Gehäuses
eine Kopplung zwischen dem Lichtweg des flexiblen Lichtleiters und
der optischen Mitte der Lichtquelle auf. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist die Innenoberfläche
des Lochs eine texturierte Oberfläche auf und das Ende des flexiblen
Lichtleiters ist durch ein Haftmittel in Kontakt mit der texturierten
Oberfläche
innerhalb des Lochs befestigt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
steht das Haftmittel außerdem
in Kontakt mit der Lichtquelle, um das Ende des flexiblen Lichtleiters
an der Lichtquelle innerhalb des Gehäuses zu befestigen. Vorzugsweise
besitzt das Haftmittel einen ähnlichen
Brechungsindex wie der Lichtleiter.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
endet eine Ausnehmung in der Außenoberfläche des
Gehäuses sehr
nahe an einem Abschnitt der Innenoberfläche des Lochs. Die Ausnehmung
könnte
von geeigneter Größe sein,
um ein Stanzwerkzeug derart unterzubringen, dass ein Stanzwerkzeug
in die Ausnehmung eingeführt
werden könnte,
wobei unter Ausübung
einer geeigneten Kraft das Stanzwerkzeug einen Abschnitt der Innenoberfläche des
Lochs des Gehäuses verändern könnte, wobei
so ein Vorsprung (z. B. scharfe Kante) erzeugt wird, der von der
Kante des Lochs in das Loch vorsteht. Ein derartiger Vorsprung könnte den
flexiblen Lichtleiter, der in das Loch eingeführt ist, in Eingriff nehmen,
wodurch mechanisch der flexible Lichtleiter innerhalb des Lochs
befestigt wird. Ein derartiger Vorsprung könnte zusätzlich zu oder anstelle des
oben erwähnten
Haftmittels verwendet werden.
-
Die
Lichtquelle könnte
eine beliebige geeignete Lichtquelle sein, die für eine bestimmte Anwendung
erwünscht
wird, wobei Beispiele hierfür
eine Lichtquelle in Chipgröße, eine
LED (oben abfeuernde LED, seitlich abfeuernde LED usw.), eine dreifarbige Lichtquelle
usw. umfassen. Ferner könnte
eine Mehrzahl von Lichtquellen und/oder eine Mehrzahl von Lichtleitern
bei bestimmten Ausführungsbeispielen beinhaltet
sein. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
weist die Lichtquelle eine dreifarbige Lichtquelle auf und die Vorrichtung
weist ferner einen Farbmischer auf, der mit der dreifarbigen Lichtquelle
verbunden ist und wirksam ist, um das Licht aus der dreifarbigen
Lichtquelle zu mischen. Die Vorrichtung könnte ferner einen Farbrückkopplungssensor
aufweisen, der ein Signal an eine Farbsteuerung liefert, wobei das
Signal Rückkopplung
in Bezug auf Veränderungen
an der Farbe, die an zumindest einem Punkt auf dem flexiblen Lichtleiter
erfasst wird, bereitstellt. Die Vorrichtung könnte ferner einen Stromquellentreiber aufweisen,
der ein Steuersignal von der Farbsteuerung ansprechend auf die Rückkopplung
empfängt, derart,
dass der Stromquellentreiber an die dreifarbige Lichtquelle einen
geeigneten Strom zum Beibehalten einer konstanten Farbe und Helligkeit
in dem flexiblen Lichtleiter liefert.
-
Vorstehendes
hat die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung
ziemlich breit dargestellt, damit die folgende detaillierte Beschreibung
der Erfindung besser verständlich
wird. Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden beschrieben,
was den Gegenstand der Ansprüche
der Erfindung bildet. Es zeigen:
-
1 eine
exemplarische Beleuchtungsstruktur des Stands der Technik mit einem
starren Lichtleiter mit mehreren Lichtquellen;
-
2 eine
weitere Beleuchtungsstruktur des Stands der Technik, die einen flexiblen
Lichtleiter aufweist, der durch einen Schrumpfschlauch mit einer mit
Durchgangsloch versehenen LED gekoppelt ist;
-
3 eine
exemplarische Beleuchtungsstruktur, bei der ein flexibler Lichtleiter
mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, indem die Lichtquelle direkt
in den flexiblen Lichtleiter geformt ist;
-
4 eine
Beleuchtungsstruktur gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die Lichtquellen, die auf einem Substrat
befestigt sind, und ein Gehäuse
aufweist, das die Lichtquellen umgibt und Enden eines flexiblen
Lichtleiters aufnimmt (über
ein Loch in dem Gehäuse),
um optisch mit den Lichtquellen gekoppelt zu sein;
-
5 eine
Beleuchtungsstruktur gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die dreifarbige Lichtquellen und ein
Farbverwaltungssystem umfasst;
-
6A bis 6C exemplarische
Ausführungsbeispiele,
die einige der unterschiedlichen Typen mechanischer Verriegelungen
oder Befestigungsvorrichtungen darstellen, die zum Koppeln eines
Gehäuses
mit einem Substrat verwendet werden könnten; und
-
7A bis 7B ein
exemplarisches Verfahren, das zum direkten Formen einer Lichtquelle
in einen flexiblen Lichtleiter gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte.
-
3 zeigt
eine exemplarische Beleuchtungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel ist ein flexibler
Lichtleiter 320 mit einer Lichtquelle 310 durch
direktes Formen der Lichtquelle 310 in den flexiblen Lichtleiter 320 gekoppelt.
Ein exemplarisches Verfahren, das zum direkten Formen der Lichtquelle 310 in
den flexiblen Lichtleiter 320 verwendet werden kann, ist
in den 7A–7B gezeigt.
Wie in 7A gezeigt ist, könnte ein
flexibles Material 710 (z. B. Kunststoff) in einem Wärmeofen 703 erwärmt werden
und Druck könnte
ausgeübt
werden, um das erwärmte
(z. B. verflüssigte)
Material 701 durch eine Öffnung 703 zu treiben,
um die Lichtquelle 310 zu berühren. Wie in 7B gezeigt
ist, könnte
ein nachfolgendes Ziehverfahren durchgeführt werden, um den Lichtleiter 320 zu
bilden. Wenn sich das Material 701 abkühlt, kehrt es in einen Festzustand
zurück
(z. B. festen Kunststoff), der flexibel ist, in dem die Lichtquelle 310 direkt
geformt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen
könnte
die Lichtquelle 310 in einer anderen geeigneten Weise in
den flexiblen Lichtleiter 320 gekoppelt sein. Die Lichtquelle 310 kann
abhängig
von der Anwendung, für
die die Beleuchtungsstruktur gerade verwendet wird, entweder eine
oben abfeuernde oder seitlich abfeuernde LED sein. Ferner können Ausführungsbeispiele
Oberflächenbefestigungs-LEDs in Chipgröße zur Miniaturisierung
der Beleuchtungsstruktur verwenden. Beispiele derartiger Oberflächenbefestigungs-LEDs
in Chipgröße, die kommerziell
erhältlich
sind, umfassen diejenigen LEDs, die kommerziell als JLED bekannt
sind, hergestellt durch Avago Technologies, und diejenigen LEDs,
die kommerziell als Chip LED bekannt sind, ebenso hergestellt durch
Avago Technologies.
-
Der
flexible Lichtleiter 320 kann aus eine beliebigen geeigneten
Material oder Materialien aufgebaut sein. Der flexible Lichtleiter 320 ist
derart flexibel, dass er ohne Weiteres in eine Mehrzahl unterschiedlicher
Formen gebildet werden kann. Der flexibel Lichtleiter 320 trägt Licht,
das durch denselben von der Lichtquelle 310 aufgenommen
wird. Ferner ist zumindest ein Abschnitt des flexiblen Lichtleiters 320 aus
einem geeigneten Material zum Emittieren zumindest eines Teils des
Lichts von der Lichtquelle 310.
-
Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
emittiert der flexible Lichtleiter 320 Licht von der Lichtquelle 320 über die
gesamte Länge „L” des Lichtleiters.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
verteilt der flexible Lichtleiter 320 das aufgenommene
Licht gleichmäßig über die
gesamte Länge
L, während gleichzeitig
eine gute Flexibilität
erlaubt wird. Ein derartiger Lichtleiter 320, der eingesetzt
werden könnte, ist
ein Lichtleiter 220, wie oben bei 2 beschrieben,
der einen Elastomerkern, der durch eine Teflonumhüllung umgeben
ist, aufweist. Ein derartiger flexibler Lichtleiter 220 kann
sich um eine Krümmung von
zehn Millimetern biegen und mehr als 80% seiner anfänglichen
Leuchtkraft beibehalten. Die Verwendung eines derartigen flexiblen
Lichtleiters, wie im Folgenden weiter beschrieben ist, ermöglicht Entwerfern
ein großes
Maß an
Vielseitigkeit und Freiheit bei der Erzeugung von Kurven in ihren
jeweiligen Beleuchtungsanwendungen, während nur minimale heiße Punkte
vorhanden sind.
-
Während bei
dem Beispiel aus 3 eine einzelne Lichtquelle 310 gezeigt
ist, könnte
bei anderen Ausführungsbeispielen
eine Mehrzahl von Lichtquellen 310 in den Lichtleiter 320 geformt
sein. Eine erste Lichtquelle 310 z. B. könnte zum
Leiten von Licht entlang einer ersten Länge „L1” des Lichtleiters 320 beinhaltet
sein und eine zweite Lichtquelle 310 könnte zum Leiten von Licht entlang
einer zweiten Länge „L2” des Lichtleiters 320 beinhaltet
sein. Eine derartige Implementierung könnte für eine Beleuchtungsstruktur
mit größerer Länge sorgen,
die eine im Wesentlichen gleichmäßige Helligkeit
von Licht, das entlang ihrer vollen Länge emittiert wird (z. B. L1
+ L2), beibehält.
-
4 zeigt
eine Beleuchtungsstruktur gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel weist die Beleuchtungsstruktur
Lichtquellen 3101 und 3102 (kollektiv als Lichtquellen 310 bezeichnet),
die an einem Substrat 410 befestigt sind, auf. Zusätzlich könnten verschiedene
andere Komponenten 420 einer bestimm ten Anwendung auf dem
Substrat 410 beinhaltet sein. Zum Beispiel könnte das
Substrat 410 eine Schaltungsplatine aufweisen und Komponenten 420 könnten verschiedene
elektrische Komponenten (z. B. integrierte Schaltungen usw.), die
auf demselben angeordnet sind, zum Bilden zumindest eines Abschnitts
eines Mobiltelefons, Laptop-Computers, einer Computermaus, eines
Personal-Digital-Assistenten (PDA), eine Automobilinnenarmaturenbrett-
oder einer anderen elektronischen Vorrichtung, in der die Beleuchtungsstruktur
eingesetzt wird, aufweisen. Das Substrat 410 könnte abhängig von
der Anwendung eine gedruckte Schaltungsplatine, flexible Schaltung,
ein Metallsubstrat oder ein beliebiges anderes geeignetes Substrat
sein. Das Substrat 410 kann mit einer Leistungsversorgung
(die einen elektrischen Strom liefert) durch herkömmliche
Mittel, wie z. B. Verbinder, Kopfstifte oder eine flexible Schaltung,
verbunden sein. Eine derartige Leistungsversorgung und/oder eine
oder mehrere elektrische Komponenten 420 könnten dazu
dienen, Lichtquellen 310 zu treiben und/oder die Helligkeit
und/oder Farbe der Lichtquellen 310 zu steuern. Wie im
Folgenden weiter beschrieben ist, könnte ein Steuerschaltungsaufbau
zum Steuern der Helligkeit und/oder Farbe der Lichtquellen 310 bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
beinhaltet sein. Die Komplexität
eines derartigen Steuerschaltungsaufbaus könnte abhängig von der Anwendung variieren.
Ein Ausführungsbeispiel
z. B. weist einige Beschränkungswiderstände auf,
um den Strom, der an die Lichtquellen 310 angelegt wird,
zu beschränken, während ein
anderes Ausführungsbeispiel
eine hoch entwickelte integrierte Schaltung mit vielen elektrischen
Komponenten (wie z. B. elektrischen Komponenten 420) zum
Erfassen und/Oder Steuern der Helligkeit und/oder Farbe der Lichtquellen 310 aufweist.
-
Wie
gezeigt ist, ist auch ein flexibler Lichtleiter 320 beinhaltet.
Bei diesem Beispiel ist ein Ende des flexiblen Lichtleiters 320 optisch
mit der Lichtquelle 3101 gekoppelt
und das gegenüberliegende Ende
des flexiblen Lichtleiters 320 ist optisch mit der Lichtquelle 3102 gekoppelt. Der flexible Lichtleiter 320 nimmt
so Licht, das durch die Lichtquellen 310 ausgegeben wird,
auf und emittiert zumindest einen Teil des aufgenommenen Lichts.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
emittiert der flexible Lichtleiter 320 das aufgenommene
Licht entlang einer Länge des
Lichtleiters 320. Vorzugsweise emittiert der flexible Lichtleiter 320 gemäß bestimmten
Ausführungsbeispielen
im Wesentlichen eine gleichmäßige Verteilung
des aufgenommenen Lichts entlang einer Länge des Lichtleiters 320.
-
Die
exemplarische Beleuchtungsstruktur aus 4 weist
ferner ein Gehäuse 420,
das an dem Substrat 410 befestigt ist, auf. Bei diesem
Beispiel umschließt
das Gehäuse 430 Lichtquellen 310 in demselben.
Ferner befestigt das Gehäuse 430 mechanisch
einen flexiblen Lichtleiter 320 in einer erwünschten
Ausrichtung mit den Lichtquellen 310. Bei diesem Beispiel
weist das Gehäuse 430 z.
B. Löcher 4501 und 4502 (kollektiv
als Löcher 450 bezeichnet) auf,
in die gegenüberliegende
Enden des flexiblen Lichtleiters 320 eingeführt werden.
Dies bedeutet, dass ein erstes Ende des Lichtleiters 320,
das Licht von der Lichtquelle 3101 aufnehmen
soll, in das Loch 4501 eingeführt wird
und das gegenüberliegende Ende
des Lichtleiters 320, das Licht von der Lichtquelle 3102 aufnehmen soll, in das Loch 4502 eingeführt wird. So tritt bei diesem
Ausführungsbeispiel durch
ein Befestigen der Enden des flexiblen Lichtleiters 320 in
den Löchern 450 des
Gehäuses
eine Kopplung zwischen dem Lichtweg des flexiblen Lichtleiters 320 und
der optischen Mitte der Lichtquellen 310 auf. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist die Innenoberfläche
der Löcher 450 texturiert
und die Enden des flexiblen Lichtleiters 320 sind in den
jeweiligen Löchern,
in die dieselben eingeführt
werden, durch ein Haftmittel befestigt, das in Kontakt mit der texturierten
Oberfläche
des Lochs steht. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist das Haftmittel außerdem in
Kontakt mit den Lichtquellen 310, um die Enden des flexiblen
Lichtleiters 320 an der jeweiligen Lichtquelle 310,
von der derselbe Licht aufnehmen soll, befestigt. Vorzugsweise weist
das Haftmitteln einen ähnlichen
Brechungsindex auf wie der Lichtleiter. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weist
das Gehäuse 430 ein
reflektierendes Inneres auf, was die Lichtkopplung der Lichtquellen 310 mit den
Enden des flexiblen Lichtleiters 320 optimiert.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind Ausnehmungen 4401 und 4402 (kollektiv als Ausnehmungen 440 bezeichnet)
in der Außenoberfläche des
Gehäuses 430 beinhaltet.
Die Ausnehmung 4401 endet sehr nahe
an einem Abschnitt des Innenoberflächenlochs 4501 und
die Ausnehmung 4402 endet sehr
nahe an einem Abschnitt des Innenoberflächenlochs 4502 . Die
Ausnehmungen 440 sind von geeigneter Größe, um ein Stanzwerkzeug 460 derart
unterzubringen, dass das Stanzwerkzeug 460 in die Ausnehmungen 450 eingeführt werden
kann und das Stanzwerkzeug 460 unter Ausübung einer
geeigneten Kraft einen Abschnitt der Innenoberfläche der Löcher 450 des Gehäuses verändern kann,
was einen Vorsprung (z. B. scharfe Kante), der von der Kante des
Lochs in das Loch vorsteht, erzeugt. Ein derartiger Vorsprung könnte den
flexiblen Lichtleiter, der in das Loch eingeführt ist, in Eingriff nehmen,
wodurch mechanisch der flexible Lichtleiter innerhalb des Lochs
befestigt wird. Ein Beispiel eines derartigen Vorsprungs, der in dem
Inneren des Lochs 4501 durch das
Werkzeug 460 gebildet werden könnte, ist in 4 als
Vorsprung 470 gezeigt, der den Abschnitt des flexiblen Lichtleiters 320,
der in das Loch 4501 eingeführt ist,
in Eingriff nimmt. Ein derartiger Vorsprung könnte zusätzlich zu oder anstelle des
oben erwähnten
Haftmittels verwendet werden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
könnte
der Vorsprung eine scharfe Kante oder einen Punkt, die/der den flexiblen
Lichtleiter 320 in Eingriff nimmt, aufweisen.
-
Während zwei
Lichtquellen 310 bei dem Beispiel aus 4 gezeigt
sind, könnte
eine beliebige Anzahl derartiger Lichtquellen bei alternativen Ausführungsbeispielen
beinhaltet sein. Während
z. B. beide Enden des flexiblen Lichtleiters 320 optisch
bei dem Beispiel aus 4 mit einer Lichtquelle gekoppelt
sind, könnte
bei alternativen Ausführungsbeispielen
nur eines dieser Enden so gekoppelt sein. Während ein einzelnes Gehäuse 430,
das beide Lichtquellen 310 umfasst und optisch (über Löcher 450)
die Enden des Lichtleiters 320 mit ihren jeweiligen Lichtquellen 310 koppelt,
in 4 gezeigt ist, könnten bei alternativen Ausführungsbeispielen
separate Gehäuse
für jede
der Lichtquellen 310 verwendet werden. Ein erstes Gehäuse mit
einem Loch 4401 z. B. könnte zum
Umfassen der Lichtquelle 3101 und
optischen Koppeln dieser Lichtquelle 3101 mit
einem ersten Ende des flexiblen Lichtleiters 320 beinhaltet
sein und ein zweites Gehäuse
mit einem Loch 4402 könnte zum
Umfassen der Lichtquelle 3102 und optischen
Koppeln dieser Lichtquelle 3102 mit
dem gegenüberliegenden
Ende des flexiblen Lichtleiters 320 beinhaltet sein. Alle
diese Ausführungsbeispiele sollen
innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung sein.
-
5 zeigt
eine Beleuchtungsstruktur gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die exemplarische Beleuchtungsstruktur
aus 5 umfasst dreifarbige Lichtquellen 5501 und 5502 (hierin
kollektiv als dreifarbige Lichtquellen 550 bezeichnet).
Ein Farbverwaltungssystem ist ebenso beinhaltet, das bei diesem
Beispiel einen Farbrückkopplungssensor
und eine integrierte Schaltung (IC) für Farbverwaltung umfasst. Die
Farbverwaltungs-IC
weist eine Farbsteuerung 520 und einen Stromquellentreiber 530 auf.
Die dreifarbigen Lichtquellen 550 können jeweils eine beliebige
Farbe innerhalb des Rot-, Grün-
und Blau-Lokus des CIE Chromaticity Diagram (CIE-Farbtafel) erzeugen.
Beispiele bekannter dreifarbiger Lichtquellen, die eingesetzt werden
könnten,
umfassen die Lichtquelle, die kommerziell als Right Angle Tricolor
LED (Rechter-Winkel-Dreifarb-LED)
bekannt ist, hergestellt durch Avago Technologies, sowie die Lichtquelle,
die kommerziell als Tricolor TLED bekannt ist, ebenso hergestellt
durch Avago Technologies.
-
Wie
bei dem Beispiel aus 4 ist ein flexibler Lichtleiter 320 mit
den Lichtquellen 550 gekoppelt. Insbesondere ist bei diesem
Beispiel ein erstes Ende des Lichtleiters 320 optisch mit
der Lichtquelle 5501 gekoppelt
und das gegenüberliegende
Ende des Lichtleiters 320 ist optisch mit der Lichtquelle 5502 gekoppelt. Farbmischer 5401 und 5402 (kollektiv
als Farbmischer 540 bezeichnet) können zwischen den Lichtquellen 550 und
dem flexiblen Lichtleiter 320 platziert sein, wie in 5 gezeigt
ist. So ist ein derartiger Farbmischer 540 ein Lichtleiter,
der verwendet wird, um die unterschiedlichen Farben von Licht, das durch
die dreifarbige Lichtquelle emittiert wird, zu mischen. Die unterschiedlichen
Farben von Licht, das durch die dreifarbigen Lichtquellen erzeugt
wird, bewegt sich in dem Lichtleiter aufgrund von innerer Totalreflexion
(TIR). Das wiederholte Abprallen unterschiedlicher Farben von Licht
innerhalb des Lichtleiters unterstützt ein Homogenisieren der
Farbe vor einem Erreichen einer Eintrittsöffnung des flexiblen Lichtleiters.
Wie bei dem Beispiel aus 4 könnten die Lichtquellen 550 (und
die Farbmischer 540) in einem oder mehreren Gehäuse, wie
z. B. einem Gehäuse 430,
umschlossen sein, die optisch den flexiblen Lichtleiter 320 mit
den Lichtquellen 550 (über
Löcher 450)
koppeln.
-
Bei
dem Beispiel aus 5 überwacht ein Farbsensor 510,
der an einem Punkt positioniert ist, an dem die drei Farben gut
gemischt sind, die Farbe (des durch den Lichtleiter 320 emittierten
Lichts) an diesem Punkt und sendet die geeigneten Rückkopplungssignale
an eine Farbsteuerung 520. Die Farbsteuerung 520 verarbeitet
das Rückkopplungssignal und
sendet dann das geeignete Signal an den Stromquellentreiber 530.
Der Stromquellentreiber 530 treibt dann die dreifarbigen
Lichtquellen 550 in einer derartigen Weise, um eine konstante
Farbe und Helligkeit in dem flexiblen Lichtleiter 220 beizubehalten. Ein
derartiges Ausführungsbeispiel
sorgt so für
eine volle Auswahl an Farben, die über die Zeit beibehalten oder
steuerbar variiert werden kann, wie dies für eine bestimmte Anwendung
erwünscht
ist. Ein Beispiel einer kommerziell bekannten Farbsteuerung, die
bei diesem Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden könnte,
umfasst die Steuerung, die kommerziell als Jazz Color Controller,
hergestellt durch Avago Technologies, bekannt ist. Ein Beispiel
eines Stromquellentreibers 530, der bei diesem Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden könnte,
umfasst den Treiber, der kommerziell als LED-Treiber, erhältlich bei
Microsemi, bekannt ist. Ein Beispiel eines Farbsensors 510,
der bei diesem Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden könnte,
umfasst den Farbsensor, der kommerziell als Solang Color Sensor,
erhältlich
bei Avago Technologies, bekannt ist.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ist bei bestimmten Ausführungsbeispielen
ein Gehäuse 430 an
einem Substrat 410 befestigt und umschließt Lichtquellen 310 (oder
dreifarbige Lichtquellen 550). Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Gehäuse 430 aus
einem Material mit gutem Reflexionsvermögen hergestellt. Dies bedeutet,
dass zumindest das Innere des Gehäuses vorzugsweise ein reflektierendes
Material aufweist, wie z. B. ESRTM-Folie,
erhältlich
bei 3 M, um die optische Kopplung des Lichts, das durch die eingeschlossenen
Lichtquellen erzeugt wird, mit dem flexiblen Lichtleiter 320 zu
optimieren. Natürlich
kann bei alternativen Ausführungsbeispielen
das Gehäuse 430 aus
einem beliebigen Material mit einer erwünschten Festigkeit für einen
haltbaren Aufbau, der geeignet für
eine bestimmte Anwendung ist, hergestellt sein. Das Gehäuse 430 kann
durch die Verwendung von Haftmitteln und/oder mechanischen Verrieglern
oder Befestigungsvorrichtungen an dem Substrat 410 angebracht
sein. Die mechanischen Verriegelungen oder Befestigungsvorrichtungen
können
ein beliebiger Verriegler oder eine beliebige Befestigungsvorrichtung
sein, der/die das Gehäuse 430 fest
an dem Substrat 410 anbringt, um einen haltbaren Entwurf
zu erzeugen. Die 6A–6C zeigen exemplarische
Ausführungsbeispiele,
die einige der unterschiedlichen Typen mechanischer Verriegelungen
oder Befestigungsvorrichtungen zeigen, die zum Koppeln des Gehäuses 430 mit
dem Substrat 410 verwendet werden könnten. In 6A z.
B. ist das Gehäuse 430 mittels
eines Wärmestifts 610 an
dem Substrat 410 befestigt. Bei einer derartigen Wärmestiftanwendung
könnte
der Stift als Teil des Gehäuses 430 implementiert
sein, wodurch nach einem Ausüben
von Wärme
und Druck der Stift einen Zapfen bildet, der sowohl das Gehäuse als
auch das Substrat aneinander befestigt. 6B zeigt
das Gehäuse 430,
das durch einen Verriegelungsmechanismus 620 an dem Substrat 410 angebracht
ist, wobei so eine widerstandsfähige
Einheit gebildet wird. 6C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit Schnappverriegelungen 630, die das Gehäuse 430 fest
an dem Substrat 410 anbringen.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Gehäuse 430,
wenn dasselbe fest an dem Substrat 410 angebracht ist,
derart positioniert, dass Löcher 450 die
optische Mitte einer Lichtquelle (z. B. Lichtquellen 310 oder 550)
mit einem Ende des flexiblen Lichtleiters 320, das durch
eines der Löcher 450 eingeführt ist,
ausrichten. So kann eine gute Lichtkopplung zwischen der Lichtquelle
und dem flexiblen Lichtleiter erzielt werden. Der flexible Lichtleiter 320 kann
durch ein Haftmittel, mechanische Verriegelungen, Befestigungsvorrichtungen
und/oder beliebige andere geeignete Einrichtungen an dem Gehäuse 430 befestigt werden.
Die Lichtkopplung zwischen der Lichtquelle und dem flexiblen Lichtleiter
kann ferner durch die Verwendung eines Haftmittels verbessert werden, das
einen Brechungsindex aufweist, der demjenigen des flexiblen Lichtleiters ähnelt, um
den flexibeln Lichtleiter 320 an seinem Ort zu befestigen.
Ein derartiges Haftmittel erhöht
den Lichtkopplungswirkungsgrad durch ein Reduzieren des Fresnel-Verlusts
an dem Verbindungspunkt, während
der flexible Lichtleiter 320 in einem Loch 450 des
Gehäuses 430 befestigt
wird. Eine Haftfähigkeit
kann ferner durch ein Texturieren der Innenoberfläche des
Lochs 450 verbessert werden, derart, dass diese eine bessere Oberfläche bereitstellt,
die das Haftmittel greifen kann, sobald das Haftmittel und der flexible
Lichtleiter 320 in das Loch 450 eingeführt wurden.
-
Angesichts
von Obigem stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung eine verbesserte Beleuchtungsstruktur bereit, die einen
flexiblen Lichtleiter mit einer guten optischen Kopplung zu einer
oder mehreren Lichtquellen aufweist. Eine derartige Beleuchtungsstruktur
könnte zur
Verwendung in einer beliebigen verschiedener unterschiedlicher Typen
von Anwendungen angepasst sein, einschließlich einer Verwendung innerhalb
kleiner elektronischer Bauelemente, wie z. B. von Mobiltelefonen
usw. Wie oben beschrieben wurde, könnte eine derartige optische
Kopplung unter Verwendung eines Gehäuses 430 gebildet
werden, das die Lichtquelle/n umschließt und ein Loch umfasst, durch
das ein Ende des flexiblen Lichtleiters 320 zum optischen
Koppeln mit den umschlossenen Lichtquellen eingeführt wird.
Bestimmte Ausführungsbeispiele
ermöglichen
so eine Ausrichtung und Befestigung des flexiblen Lichtleiters an
der optischen Mitte der Lichtquelle durch die Verwendung eines Gehäuses 430.
Das Gehäuse
könnte
außerdem ein
haltbares Verfahren zum Koppeln des Lichtleiters mit der Lichtquelle
nach einem Einführen
des Lichtleiters durch das Loch in das Gehäuse und ein mechanisches Befestigen
desselben bereitstellen. Ausführungsbeispiele
stellen außerdem
eine Farbauswahl und Steuerung durch die Verwendung elektrischer Komponenten
bereit, die in dem Gehäuse
beinhaltet und auf dem Substrat befestigt sind, was zu der Beibehaltung
einer konstanten Farbe und Helligkeit über die Zeit führt.