-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauteil, das zum Beispiel für allgemeine Beleuchtungszwecke, Hintergrundbeleuchtungseinheiten von Flüssigkristallanzeigeneinrichtungen und Lichtquellen von Projektoren verwendbar ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem optischen Bauteil.
-
VERWANDTER STAND DER TECHNIK
-
Die Druckschrift
WO 2007/034363 A1 offenbart einen Wellenleiter, der angeordnet ist, um Licht von mindestens einer Lichtquelle zu leiten, wobei der Wellenleiter mindestens eine Führungskante aufweist, die angepasst ist, um das Licht im Wellenleiter zu halten, und eine Extraktionskante, die angepasst ist, um das Extrahieren des Lichts aus dem Wellenleiter zu ermöglichen, wobei die Führungskante dazu eingerichtet ist, das Licht auf seinem Weg zur Extraktionskante zu reflektieren. Die Führungskante ist ferner dazu eingerichtet, dass eine Richtung der Reflexion eines Lichtstrahls, der auf die Führungskante in einer gegebenen Richtung des Einfalls relativ zu einer allgemeinen Erstreckungsrichtung der Führungskante auftrifft, von einer Einfallsposition entlang der Führungskante abhängig ist. Der Wellenleiter kann so ausgestaltet sein, dass durch Rückstreuung, ungewollte Extraktion oder Auskopplung durch die mindestens eine Führungskante praktisch kein Licht verloren geht.
-
Die Druckschrift
US 2004/0047160 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, die insbesondere für Anwendungen mit zentral hochgesetzten Bremsleuchten (CHMSL) und Bremslicht geeignet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein Anzeigefeld mit mindestens zwei Grenzflächen darin, wobei mindestens eine Grenzfläche als lichtreflektierende Grenzfläche und mindestens eine Grenzfläche als lichtemittierende Grenzfläche konfiguriert ist. Zumindest ein Teil des Lichts von einer Lichtquelle breitet sich durch das Anzeigefeld in Kontakt mit der lichtreflektierenden Grenzfläche aus und wird von der lichtreflektierenden Grenzfläche zur lichtemittierenden Grenzfläche unter Verwendung von Totalreflexion reflektiert.
-
In letzter Zeit wurden Beleuchtungsvorrichtungen entwickelt, wie etwa Beleuchtungseinheiten, die eine LED (light-emitting diode, Licht emittierende Diode) als eine Lichtquelle verwenden, Hintergrundbeleuchtungseinheiten von Flüssigkristallanzeigeneinrichtungen und Lichtquellen von Projektoren. Einige dieser optischen Bauteile wurden bereits dem praktischen Gebrauch zugeführt. Eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine LED verwendet, ist üblicherweise mit einer Linse zum Sammeln von Licht, das von der LED emittiert wird, ausgestattet. Als diese Linse wird allgemein eine konvexe Linse oder Kollimatorlinse verwendet, um von der LED emittiertes Licht zu sammeln.
-
Zum Beispiel schlägt die veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung für die Patentanmeldung Nr.
JP2004-516684A ein LED-Modul vor, das eine schüsselförmige Kollimatorlinse direkt oberhalb einer LED aufweist. Bei diesem LED-Modul ist die Kollimatorlinse mit einer Ausnehmung versehen, die Licht von der LED empfängt, einer ebenen Oberfläche, durch die das Licht austritt, und einer reflektierenden äußeren Oberfläche, die eingetretenes Licht zu der ebenen Oberfläche hin reflektiert, um das Licht zu kollimieren. Die Ausnehmung weist eine quadratische, gekrümmte untere Eintrittsoberfläche auf, durch die Licht eintritt, und eine Seitenoberfläche.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Der oben beschriebene verwandte herkömmliche Stand der Technik weist jedoch noch die folgenden zu lösenden Probleme auf.
-
Die Kollimatorlinse in dem herkömmlichen Stand der Technik ist in Entsprechung zu einer einzigen Lichtquelle ausgestaltet, und kann daher nicht einheitlich und effizient Licht von mehreren lichtemittierenden Elementen sammeln, zum Beispiel Licht von einer Ansammlung von LED-Elementen. Des Weiteren ist es notwendig, einen komplizierten Aufbau zu bilden, wie etwa, dass die Ausnehmung eine quadratische gekrümmte Oberfläche in der Technik aufweist, die in der veröffentlichten japanischen Übersetzung der internationalen PCT-Veröffentlichung für die Patentanmeldung Nr.
JP2004-516684A offenbart ist. Dementsprechend ist die herkömmliche Kollimatorlinse schwierig durch ein Bearbeitungs- oder Formverfahren zu bilden, und leidet daher an hohen Kosten.
-
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Bauteil bereitzustellen, das Licht nicht nur von einer einzigen Lichtquelle sammeln kann, sondern auch von einer Anordnung mehrerer lichtemittierender Elemente, und das zu reduzierten Kosten hergestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die das optische Bauteil verwendet.
-
Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches Bauteil bereit, das eine untere Eintrittsoberfläche, die einer Lichtquelle gegenüber liegt, eine obere Austrittsoberfläche entgegengesetzt der unteren Eintrittsoberfläche, und eine zwischen der unteren Eintrittsoberfläche und der oberen Austrittsoberfläche angeordnete Randseitenoberfläche aufweist. Die untere Eintrittsoberfläche ist so konfiguriert, dass sie Licht von der Lichtquelle empfängt. Die obere Austrittsoberfläche ist so konfiguriert, dass sie das Licht nach außerhalb des optischen Bauteils emittiert, nachdem das Licht an der unteren Eintrittsoberfläche empfangen wurde und in dem optischen Bauteil übertragen wurde. Die äußere Randseitenoberfläche weist vertiefte Oberflächen auf, die so konfiguriert sind, dass sie das eingetretene Licht vollständig nach innen reflektieren.
-
Bei dem optischen Bauteil der vorliegenden Erfindung ist die untere Eintrittsoberfläche so angeordnet, dass sie nicht nur einer einzigen Lichtquelle zugewandt ist, sondern auch einer Mehrzahl von Lichtquellen, und somit kann das optische Bauteil Licht von der Mehrzahl lichtemittierender Elemente empfangen und das Licht durch die obere Austrittsoberfläche als einen einzigen Strahl gesammelten Lichts emittieren.
-
Genauer umfassen die vertieften Oberflächen Oberflächen einer Vielzahl von Rillen, die sich am Umfang auf der äußeren Randseitenoberfläche erstrecken. Diese können eine V- oder U-förmige Schnittkonfiguration aufweisen.
-
Rillen mit einer V- oder U-förmigen Schnittkonfiguration sind leicht durch Gussverfahren zu bilden. Dementsprechend ist es möglich, ein Lichtsammelbauteil zu reduzierten Kosten bereitzustellen.
-
Die Rillen weisen jede eine Unterseitenoberfläche, die an einer Seite angeordnet ist, die näher an der unteren Eintrittsoberfläche liegt, und eine Oberseitenoberfläche an einer Seite, die näher an der oberen Austrittsoberfläche liegt, auf. Die Unterseitenoberfläche und die Oberseitenoberfläche können jede in einem vorbestimmten Winkel zu einer Achse festgelegt sein, die rechtwinklig zu der unteren Eintrittsoberfläche ist.
-
Indem man die Winkel der Unterseitenoberfläche und der Oberseitenoberfläche richtig anlegt, können aus dem optischen Bauteil austretendem Licht nach Bedarf passende Richtwirkungseigenschaften verliehen werden. Zum Beispiel kann austretendes Licht mit Richtwirkungseigenschaften mit zwei Spitzen erhalten werden. Insbesondere kann der Winkel der Unterseitenoberfläche die Breite von austretendem Licht entsprechend der Festlegung des Winkels steuern, und der Winkel der Oberseitenoberfläche kann die Kollimatorwirkung entsprechend der Festlegung des Winkels steuern.
-
Genauer weist das optische Bauteil eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform auf, und eine Längsrichtung davon ist so konfiguriert, dass sie rechtwinklig zu einer Einfallsrichtung von Licht von der Lichtquelle liegt. Die Rillen sind jeweils auf einem Paar von Seitenoberflächen der äußeren Randseitenoberfläche gebildet, die sich in der Längsrichtung des optischen Bauteils erstrecken, wobei, für jede der Rillen, ein Winkel der Unterseitenoberfläche der jeweiligen Rille relativ zu einer Achse, die rechtwinklig zu der unteren Eintrittsoberfläche verläuft, 3° oder mehr beträgt, und ein Winkel der Oberseitenoberfläche der jeweiligen Rille relativ zu der Achse 20° oder weniger beträgt, wobei der jeweilige Winkel der Oberseitenoberfläche relativ zu der Achse größer ist als der jeweilige Winkel der Unterseitenoberfläche relativ zu der Achse, sodass die Intensität des nach außerhalb des optischen Bauteils emittierten Lichts im Wesentlichen konstant auf einem hohen Niveau innerhalb eines Strahlungswinkelbereichs von +/-30° bleibt.
-
Die oben beschriebene Struktur ist für eine Anordnung geeignet, in der mehrere lichtemittierende Elemente in einer Längsrichtung des optisches Bauteils angeordnet sind, und das optische Bauteil sammelt und emittiert das Licht von den lichtemittierenden Elementen als einen einzigen länglichen Fleck einheitlichen Lichts.
-
Die obere Austrittsoberfläche kann eine gekrümmte Oberfläche sein. Das heißt, indem man die obere Austrittsoberfläche aus einer geeignet festgelegten gekrümmten Oberfläche, wie etwa einer konkaven Oberfläche oder einer konvexen Oberfläche bildet, können variantenreichere Richtwirkungseigenschaften erhalten werden, und zwar in Kombination mit dem Lichtsammeleffekt, der durch die oben beschriebenen Rillen erzielt wird.
-
Die Rillen können um die ganze äußere Randseitenoberfläche herum gebildet sein. Mit dieser Anordnung ist es möglich, austretendes Licht zu erhalten, das an seinem gesamten Umfang weniger divergent ist, und es ist somit möglich, einen wohldefinierten Lichtfleck zu erhalten.
-
Ferner sieht die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung vor, die eine Lichtquelle und das oben beschriebene optische Bauteil umfasst, welches so angeordnet ist, dass es der Lichtquelle an der unteren Eintrittsoberfläche zugewandt ist.
-
Da die Beleuchtungsvorrichtung das oben beschriebene optische Bauteil aufweist, kann das optische Bauteil einheitlich das Licht von mehreren lichtemittierenden Elementen als einen einzigen Lichtstrahl sammeln und emittieren.
-
In der Lichtquelle können die lichtemittierenden Elemente LED-Elemente sein. Wenn LED-Elemente als die Lichtquelle verwendet werden, ist es möglich, eine sehr kompakte und wenig Strom verbrauchende Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen.
-
Die Lichtquelle kann eine Anordnung mehrerer in einer Reihe angeordneter LED-Elemente sein, und die Rillen können auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen der äußeren Randseitenoberfläche gebildet sein, die sich in eine Richtung erstrecken, in der die LED-Elemente in einer Reihe angeordnet sind. Das heißt, die Beleuchtungsvorrichtung kann effizient Licht von den LED-Elementen sammeln und das gesammelte Licht als einen einzigen Lichtstrahl emittieren.
-
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Verwendung zu verschiedenen Beleuchtungszwecken, wie etwa Beleuchtungseinheiten, Hintergrundbeleuchtungseinheiten von Flüssigkristallanzeigeneinrichtungen und Lichtquellen von Projektoren geeignet ist.
-
Eine Ausführungsform des optischen Bauteils und der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 erklärt. Man sollte beachten, dass der Maßstab der Figuren, die in der folgenden Erklärung verwendet werden, geeignet verändert wurde, um jedes Bauteil in einer erkennbaren Größe zu zeigen.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Diagramm zur Erklärung der Sammlung und Emission von Licht von einer Lichtquelle in einer Beleuchtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die eine Ansammlung von LED-Elementen in einer Lichtquelle zeigt, die in der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform verwendet wird, wie sie in 2 gezeigt ist.
- 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die den Umriss der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
- 5 ist eine vergrößerte teilweise Seitenansicht, die ein optisches Bauteil und eine Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform zeigt, wie sie in 2 gezeigt ist.
- 6 ist ein Graph, der eine Lichtintensitätsverteilung zeigt, die tatsächlich mit der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform erhalten wird.
- 7 ist eine erklärende Ansicht, die ein Verfahren zur Messung einer Lichtintensitätsverteilung und einer Beleuchtungsstärkenverteilung in der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
- 8 ist ein Graph, der eine Beleuchtungsstärkenverteilung zeigt, die tatsächlich mit der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform erhalten wird.
- 9 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Simulation der Lichtintensitätsverteilung zeigt, die mit der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform erhalten wird. (Winkel der Unterseitenoberfläche: 7°)
- 10 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Simulation der Lichtintensitätsverteilung zeigt, die mit der Beleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform erhalten wird. (Winkel der Unterseitenoberfläche: 11 °)
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Eine Beleuchtungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zum Beispiel anwendbar auf eine Beleuchtungseinheit, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit einer Flüssigkristallanzeigeneinrichtung oder eine Lichtquelle eines Projektors, und weist, wie in den 1 bis 4 gezeigt, eine LED-Anordnung 2 mehrerer LED-Elemente in einer Reihe (als eine Lichtquelle) 1 und ein optisches Bauteil 3 auf, das als eine Kollimatorlinse direkt oberhalb der LED-Anordnung 2 angeordnet ist. Man sollte beachten, dass 1 jeden Bestandteil einfach und in anderem Maßstab zeigt, verglichen mit der perspektivischen Ansicht aus 2, um die Anordnung jedes Bauteils und die Laufrichtung des Lichts zu zeigen.
-
Die LED-Anordnung 2 ist beispielsweise eine weiße LED-Anordnung. Die weiße LED-Anordnung wird gebildet, indem man mehrere LED-Elemente 1 auf einem Substrat 4 mit einem Harz 5 versiegelt. Jedes LED-Element 1 ist zum Beispiel ein blaues (Wellenlänge λ: 470 to 490 nm) LED-Element oder ein ultraviolettes (Wellenlänge λ: weniger als 470 nm) LED-Element, das zum Beispiel gebildet wird, indem man eine Mehrzahl von Halbleiterschichten eines Halbleiters aus einer Galliumnitridverbindung (z.B. InGaN-Verbindungshalbleiter) auf einem Isoliersubstrat, z.B. einem Saphirsubstrat, stapelförmig anordnet.
-
Das zum Versiegeln der LED-Elemente 1 verwendete Harz 5 wird zubereitet, indem man zum Beispiel eine fluoreszierende YAG-Substanz in ein Silikonharz als eine Hauptkomponente gibt. Die fluoreszierende YAG-Substanz wandelt blaues oder ultraviolettes Licht von den LED-Elementen 1 in gelbes Licht um, und weißes Licht wird durch einen Farbmischeffekt erzeugt. Man sollte beachten, dass jede gewünschte Anzahl von LED-Elementen 1 auf dem Substrat 4 in einer Reihe in vorbestimmten regelmäßigen Abständen in der Längsrichtung des Substrats 4 angebracht werden kann.
-
Das optische Bauteil 3 ist eine Linse mit einer anisotropen Richtwirkung, die aus einem optischen Material gebildet ist. Das optische Bauteil 3 weist, wie in den 1 bis 5 gezeigt, eine untere Eintrittsoberfläche 6, die den LED-Elementen 1 zugewandt ist, auf, und das optische Bauteil 3 ist so konfiguriert, dass es Licht von den LED-Elementen an der unteren Eintrittsoberfläche 6 empfängt. Das optische Bauteil 3 weist ferner eine obere Austrittsoberfläche 7 gegenüber der unteren Eintrittsoberfläche 6 und eine zwischen der unteren Eintrittsoberfläche 6 und der oberen Austrittsoberfläche 7 angeordnete Randseitenoberfläche 8 auf, und die obere Austrittsoberfläche 7 ist so konfiguriert, dass sie das Licht nach außerhalb des optischen Bauteils 3 emittiert. Als optisches Material können verschiedene Materialien verwendet werden, je nach Verwendung, Kosten, usw., wie etwa Harz, z.B. Acrylharz, oder Polykarbonatharz, und Glasmaterialien.
-
Das optische Bauteil 3 weist eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform auf, die in der Längsrichtung der LED-Anordnung 2 langgestreckt ist. Das optische Bauteil 3 weist eine Vielzahl von Rillen 9 auf, die auf der äußeren Randseitenoberfläche 8 gebildet sind. Die Rillen 9 erstrecken sich am Umfang auf der äußeren Randseitenoberfläche 8 und weisen eine V-förmige Schnittkonfiguration auf, jeweils mit einem Rillenwinkel, und die Rillen 9 sind so konfiguriert, dass sie effizient das Licht vollständig nach innen in dem optischen Bauteil 3 reflektieren. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die Rillen 9 auf einem Paar sich längs erstreckender Seitenoberflächen 8a der äußeren Randseitenoberfläche 8 gebildet. Das heißt, die Rillen 9 sind auf Seitenoberflächen 8a der äußeren Randseitenoberfläche 8 gebildet, die sich in die Richtung erstrecken, in der die LED-Elemente 1 in einer Reihe angeordnet sind.
-
Die obere Austrittsoberfläche 7 weist, wie in 4 gezeigt, eine linear gekrümmte Oberfläche mit einer vorbestimmten Krümmung auf. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Krümmungsradius 150 mm.
-
Die Rillen 9 umfassen jede eine Unterseitenoberfläche 9a, die an einer Seite angeordnet ist, die näher an der unteren Eintrittsoberfläche 6 liegt, und eine Oberseitenoberfläche 9b an einer Seite, die näher an der oberen Austrittsoberfläche 7 liegt. Die Unterseitenoberfläche 9a und die Oberseitenoberfläche 9b sind jede in einem vorbestimmten Winkel zu einer Achse festgelegt, die rechtwinklig zu der unteren Eintrittsoberfläche 6 ist. Der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b bilden jeweils einen Spitzenwinkel jeder der Rillen 9, der genügend groß ist und so konfiguriert ist, dass Licht in dem optischen Bauteil 3 vollständig nach innen reflektiert wird. Zum Beispiel ist der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a auf 5° festgelegt, und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b ist auf 6° festgelegt.
-
Man sollte beachten, dass der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a nicht weniger als 3° beträgt, und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b nicht mehr als 20° beträgt. Der Grund hierfür ist der folgende. Wenn der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a weniger als 3° beträgt oder der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b mehr als 20° beträgt, kann ein ausreichender Lichtsammeleffekt nicht erhalten werden, und die Lichtnutzungseffizienz verschlechtert sich in beträchtlich.
-
Ferner muss der jeweilige Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b relativ zu der Achse größer sein als der jeweilige Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a relativ zu der Achse, was bewirkt, dass die Intensität des nach außerhalb des optischen Bauteils 3 emittierten Lichts im Wesentlichen konstant auf einem hohen Niveau innerhalb eines Strahlungswinkelbereichs von +/-30° bleibt.
-
6 zeigt die Messresultate einer Lichtintensitätsverteilung, die tatsächlich mit der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform erhalten wird. Bei dieser Messung wurde, wie in 7 gezeigt, Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsvorrichtung auf einen Schirm, der von dem optischen Bauteil 3 um eine Entfernung von 500 mm beabstandet war, aufgebracht, und die relative Intensität des Lichts in Bezug auf den Strahlungswinkel θ wurde gemessen. Das optische Bauteil 3, das in der Messung verwendet wurde, war derart, dass der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a 5° betrug, und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b 6° betrug. Man sollte beachten, dass die x-Richtung die Längsrichtung des optischen Bauteil 3 ist und die y-Richtung die seitliche Richtung des optischen Bauteil 3 ist.
-
Wie man durch die Messresultate verstehen wird, ist die Lichtintensität breit in der Richtung der langen Seite (der Längsrichtung) verteilt, während in der Richtung der kurzen Seite (seitliche Richtung) die Lichtintensität im Wesentlichen konstant auf einem hohen Niveau innerhalb eines Strahlungswinkelbereichs von ungefähr ±30° bleibt, und schnell absinkt, wenn der Strahlungswinkel über diesen Bereich hinaus ansteigt. Demzufolge können insgesamt trapezförmige Richtwirkungseigenschaften erhalten werden. Somit ist es möglich, austretendes Licht von hoher Richtwirkung, nahe an kollimiertem Licht, zu erreichen.
-
8 zeigt die Messresultate einer Beleuchtungsstärkenverteilung, die tatsächlich mit der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform erhalten wird. Bei dieser Messung wurde, wie in 7 gezeigt, Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsvorrichtung auf einen Schirm, der von dem optischen Bauteil 3 um eine Entfernung von 500 mm beabstandet war, aufgebracht, und die Beleuchtungsstärke in Bezug auf die Entfernung L von der optischen Achse des optischen Bauteils wurde gemessen. Wie aus den Messergebnissen verstanden werden wird, sinkt die Beleuchtungsstärke in der Längsrichtung mit einer im Wesentlichen konstanten Rate von der Spitze an der optischen Achse ab, während in der seitlichen Richtung die Beleuchtungsstärke mit einer niedrigen Rate absinkt, wenn die Entfernung bis auf ungefähr 200 mm ansteigt. Somit können insgesamt trapezförmige Beleuchtungsstärkenverteilungseigenschaften erhalten werden.
-
9 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer Simulationsmessung der Lichtintensitätsverteilung in der seitlichen Richtung in einem Fall zeigt, bei dem der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a bei 7° festgelegt war und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b von 1 ° bis 19° in Schritten von 2° verändert wurde. Die Simulationsergebnisse zeigen ebenfalls, dass die Lichtintensität im Wesentlichen konstant auf einem hohen Niveau innerhalb eines Strahlungswinkelbereichs von ungefähr ±30° bleibt, wenn der jeweilige Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a nicht weniger als 3° beträgt, der jeweilige Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b nicht mehr als 20° beträgt und größer als der jeweilige Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a ist. Ferner zeigen die Simulationsergebnisse, dass die Lichtintensität schnell absinkt, wenn der Strahlungswinkel jenseits dieses Bereichs ansteigt, und somit insgesamt trapezförmige Richtwirkungseigenschaften erhalten werden können.
-
10 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer Simulationsmessung der Lichtintensitätsverteilung in der seitlichen Richtung in einem Fall zeigt, bei dem der Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a bei 11 ° festgelegt war und der Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b von 1 ° bis 19° in Schritten von 2° verändert wurde. Auch diese Simulationsergebnisse zeigen die vorteilhafte Verteilung der Lichtintensität, wenn der jeweilige Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a nicht weniger als 3° beträgt, der jeweilige Winkel β der Oberseitenoberfläche 9b nicht mehr als 20° beträgt und größer als der jeweilige Winkel α der Unterseitenoberfläche 9a ist. Die Simulationsergebnisse zeigen ferner, dass eine Lichtintensitätsverteilung mit zwei Spitzen in Abhängigkeit vom Winkel β der Oberseitenoberfläche erhalten werden kann. Die Beleuchtungsvorrichtung, die in der Lage ist, die Richtwirkungseigenschaften mit zwei Spitzen zu erhalten, ist zum Beispiel geeignet für den Gebrauch in einer Anzeigevorrichtung für ein Autonavigationssystem, das eine hohe Sichtbarkeit in zwei Richtungen zu den Plätzen des Fahrers und des Beifahrers hin erfordert, oder in einer Beleuchtungseinheit, die lokal intensives Licht in zwei Richtungen aufbringen muss.
-
Wie aus dem Obigen verstanden werden wird, kann das optische Bauteil 3 die Laufrichtung von austretendem Licht in seiner seitlichen Richtung steuern (d.h. die Richtung, die rechtwinklig zu dem Paar von Seitenoberflächen 8a ist, die mit den Rillen 9 versehen sind), um Licht zu sammeln. Dementsprechend ist es möglich, Licht zu erhalten, das unterschiedliche Richtwirkungseigenschaften in der Längs- und Seitenrichtung aufweist.
-
Genauer ist es möglich, austretendes Licht zu erhalten, das in der seitlichen Richtung konvergiert und das in gewissem Maß in der Längsrichtung divergiert. Insbesondere kann im Falle der LED-Anordnung 2, in der mehrere lichtemittierende Elemente in einer Richtung angeordnet sind, insgesamt Licht von der LED-Anordnung 2 einheitlich und effizient in der Form eines länglichen Lichtflecks gesammelt werden, indem man die Längsrichtung des optischen Bauteils so anordnet, dass sie sich in der Ansammlungsrichtung der LED-Anordnung 2 erstreckt.
-
Eine Vielzahl von Richtwirkungseigenschaften kann erhalten werden, indem man die oben beschriebenen Winkel der Unterseitenoberfläche 9a und der Oberseitenoberfläche 9b auf verschiedene Weise miteinander kombiniert. Insbesondere kann der oben beschriebene Winkel der Unterseitenoberfläche 9a die Breite von austretendem Licht entsprechend der Festlegung des Winkels steuern, und der Winkel der Oberseitenoberfläche 9b kann die Kollimatorwirkung entsprechend der Festlegung des Winkels steuern.
-
Man sollte beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt ist, sondern in einer Vielzahl von Weisen modifiziert werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Zum Beispiel können die Rillen 9, die in der oben beschriebenen Ausführungsform eine V-förmige Schnittkonfiguration aufweisen, eine U-förmige Schnittkonfiguration aufweisen. Das heißt, die Oberseitenoberfläche 9b und die Unterseitenoberfläche 9a, die in der vorangehenden Ausführungsform ebene Oberflächen sind, können gekrümmte Oberflächen sein. Die Rillen 9 können auch mit einem Prägehologramm (vom Relieftyp) ersetzt werden, das texturierte Unregelmäßigkeiten umfasst.
-
Obwohl die Rillen 9 in der vorangehenden Ausführungsform auf dem Paar von Seitenoberflächen 8a gebildet sind, können sie um die ganze äußere Randseitenoberfläche 8 herum gebildet sein, einschließlich der anderen Seitenoberflächen. Da in diesem Fall die Rillen um die ganze äußere Randseitenoberfläche 8 herum gebildet sind, ist es möglich, austretendes Licht mit hoher Richtwirkung über den gesamten Umfang zu erhalten, und es ist somit möglich, einen wohldefinierten Lichtfleck zu erhalten. Dementsprechend kann, wenn das optische Bauteil 3 eine im wesentlichen rechteckige Parallelepipedform aufweist, ein wohldefinierter rechteckiger Lichtfleck erhalten werden. Wenn das optische Bauteil 3 eine kreisförmige Säulenform oder eine dreieckige Säulenform aufweist, kann ein wohldefinierter kreisförmiger oder dreieckiger Lichtfleck erhalten werden.
-
Obwohl die obere Austrittsoberfläche 7 in der vorangehenden Ausführungsform eine konvex gekrümmte Oberfläche ist, kann sie eine konkav gekrümmte Oberfläche entsprechend den gewünschten Richtwirkungseigenschaften oder dergleichen sein. Obwohl die obere Austrittsoberfläche 7 in der vorangehenden Ausführungsform eine gekrümmte Oberfläche mit einer vorbestimmten Krümmung in der Längsrichtung ist, kann sie eine gekrümmte Oberfläche mit einer vorbestimmten Krümmung in der Seitenrichtung sein. Ferner kann die obere Austrittsoberfläche 7 eine quadratisch gekrümmte Oberfläche mit Krümmungen sowohl in der Längs- wie auch in der seitlichen Richtung sein. Die obere Austrittsoberfläche 7 kann in einer Fresnellinsenkonfiguration geformt sein. In diesem Fall ist es möglich, die Krümmung von austretendem Licht aufgrund der Kante der oberen Austrittsoberfläche 7 zu verhindern. Somit können, da die obere Austrittsoberfläche 7 durch eine geeignet festgelegte gekrümmte Oberfläche, wie etwa eine konkave Oberfläche oder eine konvexe Oberfläche gebildet sein kann, variantenreichere Lichtsammeleigenschaften erhalten werden, und zwar in Kombination mit dem Lichtsammeleffekt, der durch die Rillen 9 der Seitenoberflächen 8a geboten wird.
-
Obwohl die oben beschriebene LED-Anordnung 2 eine weiße LED-Anordnung ist, kann sie eine Anordnung von LED-Elementen sein, die Licht anderer Wellenlänge emittieren, z.B. rote, blaue oder grüne LED-Elemente oder eine Kombination dieser LED-Elemente.
-
Das optische Bauteil 3 der vorliegenden Erfindung ist geeignet für den Gebrauch mit einer LED-Anordnung 2 mit einer Mehrzahl von LED-Elementen. Jedoch kann das optische Bauteil 3 auch mit einer Lichtquelle verwendet werden, die mit einem einzigen LED-Element 1 ausgestattet ist.
-
Obwohl das optische Bauteil 3 für die Verwendung mit einer Lichtquelle, die ein LED-Element oder LED-Elemente verwendet, wie oben ausgeführt, geeignet ist, kann es ebenso mit anderen Lichtquellen verwendet werden, zum Beispiel Leuchtstofflampen, Kaltkathodenröhren oder elektrischen Glühbirnen.
-
In der vorangehenden Ausführungsform sind die Winkel der Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a einer Seitenoberfläche 8a gleich den Winkeln der Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a der anderen Seitenoberfläche 8a festgelegt, so dass die Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a zwischen dem Paar Seitenoberflächen 8a symmetrisch sind. Jedoch können die Winkel der Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a im Rahmen der erfindungsgemäßen Randbedingungen individuell für jede Seitenoberfläche 8a festgelegt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Winkel α, β, die Breite, usw. der Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a für jede der Rillen 9, die nebeneinander angeordnet sind, von der unteren Eintrittsoberfläche 6 zur oberen Austrittsoberfläche 7 hin allmählich im Rahmen der erfindungsgemäßen Randbedingungen zu verändern, oder die Winkel α, β, die Breite, usw. der Ober- und Unterseitenoberflächen 9b und 9a für jede der Rillen 9 im Rahmen der erfindungsgemäßen Randbedingungen individuell festzulegen.
