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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Leuchtmittel und mit einer Mehrzahl von dem Leuchtmittel vorgelagerten Lichtleitelementen.
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Eine derartige, als Signalleuchte für ein Kraftfahrzeug ausgestaltete Beleuchtungseinrichtung ist aus
DE 10 2007 019 688 A1 bekannt. Die Lichtleitelemente sind stabförmig ausgebildet und benachbart zu ihren Lichteintrittsflächen einstückig mit einer Trägerplatte verbunden, die sich quer zur Hauptlichtleitrichtung erstreckt. Auf der Trägerplatte sind die Lichtleitelemente durch Zwischenräume seitlich voneinander beabstandet. Zur Einkopplung von Licht in die Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente ist an der Rückseite der Trägerplatte ein Leuchtmittel angeordnet, das durch eine hinter der Trägerplatte angeordnete Optikplatte hindurch Licht in Richtung auf die Lichteintrittsflächen abstrahlt. Die Optikplatte hat an ihrer Vorder- und ihrer Rückseite Optikelemente, die das durch die Optikplatte hindurchtretende Licht auf die Lichteintrittsflächen bündeln. Das Licht gelangt dann unter Ausnutzung der Totalreflexion an den Mantelflächen der Lichtleitelemente zu den Lichtaustrittsflächen, an denen es in Form eines Lichtbündels aus den Lichtleitelementen austritt.
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Obwohl sich diese Beleuchtungseinrichtung in der Praxis wegen ihrer platzsparenden Bauweise und der geringen, zur Erzeugung einer Signallichtfunktion benötigten Anzahl von Leuchtmitteln bewährt hat, weist sie dennoch Nachteile auf. Wenn die Trägerplatte beispielsweise aufgrund der baulichen Gegebenheiten am Einbauort einen von einer Ebene abweichenden, insbesondere dreidimensional gekrümmten oder abgewinkelten Verlauf aufweist, kann es erforderlich werden, dass die Leuchtmittel auf mehreren, über Kabel elektrisch miteinander verbundenen Leiterplatten oder auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sein müssen. Dadurch erhöhen sich die Produktionskosten und der Materialaufwand.
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Aus der
DE 10 2005 035 063 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Leuchtmittel und einem demselben zugeordneten flächigen Lichtleiter bekannt, an dem das eingekoppelte Licht vorderseitig ausgekoppelt wird. Zusätzliche Lichtleitelemente sind nicht vorgesehen.
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Aus der
US 2003/0123262 A1 ist ein sich verjüngender Lichtleiter bekannt, in dem stirnseitig paralleles Licht eingekoppelt wird. An einer Rückseite des langgestreckten Lichtleiters sind um 45° zu der Lichteintrittsrichtung geneigte Streifen angeordnet, die das Licht in Richtung einer Vorderseite des Lichtleiters reflektieren.
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Aus der
DE 10 2009 012 224 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Leuchtmittel und einer Mehrzahl von demselben Leuchtmittel zugeordneten Lichtleitelementen bekannt, wobei an Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente ein stabförmiger oder flächiger Lichtleiter angeordnet ist. Der Lichtleiter weist Auskoppelelemente auf, so dass das von dem Leuchtmittel in den Lichtleiter eingekoppelte Licht in Querrichtung umgelenkt wird in Richtung der Lichtleitelemente. Das an einer Lichteintrittsfläche des Lichtleitelementes in das Lichtleitelement eintretende Licht wird innerhalb des Lichtleitelementes nicht durch Totalreflexion an Flächen des Lichtleitelementes weitergeführt, sondern trifft direkt auf eine Lichtaustrittsfläche des Lichtleitelementes. Die Lichtleitelemente sind somit relativ kurz ausgeführt, wobei eine Länge der Lichtleitelemente im Bereich der Dicke des Lichtleiters liegt. Eine lichtleitende Funktion weisen die bekannten Lichtleitelemente somit nicht auf.
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Aus der
DE 10 2006 036 033 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem flächigen Lichtleiter und eine dem Lichtleiter vorgelagerte Mehrzahl von Lichtleitelementen bekannt. Die Lichtleitelemente sind als Lichtscheibenprofile ausgebildet mit einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche, wobei das Lichtscheibenprofil eine konstante Dicke aufweist und sich nach Art eines Profils von dem Lichtleiter erhebt. Wenn das Lichtscheibenprofil aus zwei Materialkomponenten besteht, nämlich aus einer hinteren Materialkomponente und einer in Lichtabstrahlrichtung vorderen Materialkomponente, kann die hintere Materialkomponente zugleich als eine Trägerplatte dienen, die beabstandet zueinander angeordnete Lichtscheibenprofile verbindet.
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Aus der
US 6 286 970 B1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die ein Flüssigkristalldisplay mit einem Flüssigkristallelement aufweist. Dem Flüssigkristallelement ist ein transparentes Substrat zugeordnet, an dessen Schmalseite Licht über einen Lichtleiter eingekoppelt wird. Dem Lichtleiter ist ein Reflektor zugeordnet, so dass ein höherer Anteil von Licht in das transparente Substrat schmalseitig eingekoppelt werden kann. Der Reflektor ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und sammelt das Licht gleichmäßig über die gesamte Länge des Lichtleiters.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und kostengünstigen Aufbau ermöglicht, insbesondere wenn die Lichtleitelemente nicht in einer Ebene angeordnet sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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In vorteilhafter Weise ist es mit Hilfe des Lichtleiters möglich, das von dem Leuchtmittel ausgesendete Licht von der Lichteinkoppelfläche quer zur Hauptlichtleitrichtung der Lichtleitelemente zu den Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente zu transportieren und dann in diese einzukoppeln. Dadurch wird zur Realisierung einer Signallichtfunktion, wie zum Beispiel eines Schluss- und/oder Bremslichtslichts und/oder eines Blinklichts, nur eine geringe Anzahl Leuchtmittel benötigt. Da der Lichtleiter kostengünstig mit einem von einer Ebene abweichenden Verlauf hergestellt werden kann, können die Leuchtmittel auch bei einer Beleuchtungseinrichtung, bei der die Lichtleitelemente entlang einer dreidimensionalen, nicht ebenen Fläche angeordnet sind, auf einer kostengünstigen ebenen Leiterplatte untergebracht werden. Ein Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Lichtleitelemente einstückig mit einer Trägerplatte verbunden sind. Die Beleuchtungseinrichtung ist dann noch kostengünstiger herstellbar. Bei der Erfindung sind die Lichtleitelemente als Lichtrippen ausgestaltet, die quer zu ihrer Längserstreckung vom Licht des zumindest einen Leuchtmittels durchsetzt sind. Der Lichtleiter ermöglicht dabei eine homogene Ausleuchtung an den Lichtrippen, auch wenn diese einen von einer geraden Linie abweichenden, beispielsweise gekrümmten oder abgewinkelten Verlauf haben. Bei der Erfindung nimmt in quer zur Längserstreckungsrichtung der Lichtrippen angeordneten Querschnittsebenen die lichte Weite der Lichtrippen, ausgehend von ihrem dem Lichtleiter zugewandten Ende zu ihrem gegenüberliegenden, vom Lichtleiter entfernten Ende ab. Die Lichtrippen können dann beispielsweise einen etwa trapezförmigen Querschnitt haben. Durch diese Maßnahme kann eine günstige Lichtabstrahlcharakteristik der Lichtrippen erreicht werden. Außerdem lassen sich die Lichtrippen bzw. das diese aufweisende Bauteil nach der Herstellung in einer Spritzgussform leicht aus der Spritzgussform entformen. Vorteilhaft ist, wenn an der den Lichtleitelementen abgewandten Rückseite des Lichtleiters mindestens ein optischer Reflektor angeordnet ist. Dabei ist der Reflektor bevorzugt als Gehäusereflektor ausgestaltet, der durch eine Gehäusewand eines Leuchtengehäuses oder eine auf eine Innenfläche der Gehäusewand aufgebrachte reflektierende Beschichtung gebildet ist.
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Der Reflektor ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass er das an der Rückseite des Lichtleiters aus diesem austretende Licht bündelt und in Richtung auf die Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente ablenkt. Der Reflektor kann dazu eine bogenförmige, vorzugsweise konkave Krümmung, Facetten, einen geknicketen Verlauf und/oder einen Absatz oder eine Stufe aufweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Lichtleitelemente an ihrer dem Lichtleiter zugewandten Rückseite jeweils eine Einformung oder Vertiefung auf, wobei die Lichteintrittsflächen an den Einformungen oder Vertiefungen angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann die Wandstärke der Lichtleitelemente reduziert werden. Wenn die Lichtleitelemente als Spritzgussteil hergestellt werden, kühlen diese nach ihrer Entnahme aus dem Spritzgusswerkzeug schneller ab. Außerdem lassen sich die Lichtleitelemente mit größerer Formgenauigkeit herstellen, da ein ungleichmäßiges Schrumpfen der Spritzgussmasse beim Abkühlen weitestgehend vermieden wird. Alternativ können die Lichtleitelemente in einem mehrstufigen Spritzgussprozess hergestellt werden (Skin-Moulding).
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Zweckmäßigerweise sind die Auskoppelelemente an einer den Lichteintrittsflächen abgewandt gegenüberliegenden Grenzfläche des Lichtleiters angeordnet. Die Auskoppelelemente können insbesondere optische Streuelemente, eine Farbschicht, eine Oberflächenrauhigkeit, Prismen und/oder Linsen umfassen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Leuchtmittel in einer sich entlang der Stirnseitenfläche des flächigen Lichtleiters erstreckenden Reihe oder in mehreren sich entlang der Stirnseitenfläche erstreckenden Reihen auf einer ebenen Leiterplatte angeordnet. Dabei kann der mindestens eine stabförmige Lichtleiter einen von einer geraden Linie bzw. der flächige Lichtleiter einen von einer Ebene abweichenden Verlauf aufweisen, so dass die optischen Auskoppelelemente des Lichtleiters dreidimensional im Raum verteilt sein können, beispielsweise auf einer gekrümmten oder abgewinkelten Fläche. Auch kann die Lichtaustrittsfläche einen von einer Ebene abweichenden, insbesondere gekrümmten, abgeknickten und/oder abgewinkelten Verlauf haben.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine den Lichtleiter überdeckende Blende auf, die Blendenöffnungen hat, die von den Lichtleitelementen durchsetzt werden. Durch die Blende wird Licht, das zwischen den Lichtleitelementen an der Trägerplatte austritt, abgeschirmt. Die Beleuchtungseinrichtung ermöglicht dadurch bei eingeschaltetem Leuchtmittel ein ansprechendes und schönes Design mit hohem Wiedererkennungswert.
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Vorteilhaft ist, wenn die Beleuchtungseinrichtung mindestens zwei der Anordnungen, jeweils bestehend aus dem zumindest einen Leuchtmittel, dem Lichtleiter und den Lichtleitelementen aufweist, und wenn die den Anordnungen zugeordneten Leuchtmittel getrennt voneinander betätigbar sind. Die Beleuchtungseinrichtung kann dann als Signalleuchte in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, wobei mit Hilfe der einzelnen Anordnungen unterschiedliche Lichtfunktionen realisiert werden können, beispielsweise ein Schlusslicht oder ein Bremslicht. Dabei können beispielsweise zwei Anordnungen als Schlusslicht dienen, wenn sie mit geringer Helligkeit beleuchtet werden. Im Bremslichtbetrieb können dann die Lichtaustrittsflächen einer der beiden Anordnungen heller beleuchtet werden. Bei einem zweifarbigen Leuchtmittel kann z.B. von einem roten Schlusslicht zu einem gelben Blinklicht umgeschaltet werden, während daneben noch ein zweites rotes Schlusslicht leuchtet.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1, auf dem eine auf einer Leiterplatte angeordnete Leuchtdiode erkennbar ist,
- 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung,
- 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus 3,
- 5 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung,
- 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 5,
- 7 eine Aufsicht auf die Lichtabstrahlseite einer Beleuchtungseinrichtung, die wellenlinienförmig gekrümmte Lichtaustrittsflächen aufweist, und
- 8 eine Aufsicht auf die Lichtabstrahlseite einer Beleuchtungseinrichtung, die abgewinkelte Lichtaustrittsflächen hat.
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Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Beleuchtungseinrichtung weist mehrere beispielsweise als Leuchtdioden ausgestaltete Leuchtmittel 2 auf, die auf einer ebenen Leiterplatte 3 in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. In 1 und 2 ist die Leiterplatte 3 rechtwinklig zur Zeichenebene angeordnet und die Leuchtmittelreihe verläuft in die Zeichenebene.
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Entlang der Leuchtmittelreihe erstreckt sich ein flächiger Lichtleiter 4, der mit seiner Erstreckungsebene quer zur Ebene der Leiterplatte 3 angeordnet. Im Abstrahlbereich der Leuchtmittel 2 weist der Lichtleiter 4 eine Lichteinkoppelfläche 5 auf, die an einer Stirnseitenfläche des Lichtleiters angeordnet ist, die quer zur Ebene des Lichtleiters 4 verläuft. Das Licht der Leuchtmittel 2 tritt durch die Lichteinkoppelfläche 5 in den Lichtleiter 4 ein und breitet sich in diesem unter Ausnutzung der Totalreflexion an den Grenzflächen des Lichtleiters 4 in die durch den Pfeil 6 angedeutete Hauptlichttransportrichtung aus.
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An der Vorderseite des Lichtleiters 4 sind mehrere Lichtleitelemente 7 angeordnet, die als Lichtrippen ausgestaltet sind, die jeweils etwa parallel zur Erstreckungsebene des Lichtleiters 4 verlaufen und seitlich durch Zwischenräume voneinander beabstandet sind. Die Lichtleitelemente 7 sind einstückig mit einer sich entlang der Lichtleitelemente 7 erstreckenden Trägerplatte 8 verbunden und bilden an der dem Lichtleiter 4 abgewandten Oberfläche der Trägerplatte 8 rippenartige Vorsprünge. Die dem Lichtleiter 4 zugewandte Rückseite der Trägerplatte 8 ist im Wesentlichen plan ausgebildet.
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Die einzelnen Lichtleitelemente 7 haben jeweils an ihrer dem Lichtleiter 4 zugewandten Rückseite eine Lichteintrittsfläche 9 und an ihrer dem Lichtleiter 4 abgewandten Vorderseite eine Lichtaustrittsfläche 10.
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An seiner den Lichtleitelementen 7 abgewandten Rückseite hat der Lichtleiter 4 jeweils gegenüber jeder Lichteintrittsfläche 9 jeweils mindestens ein optisches Auskoppelelement 11. Die Auskoppelelemente 11 sind in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und können beispielsweise durch eine Oberflächenstruktur des Lichtleiters 4 gebildet sein, an der das in dem Lichtleiter 4 geführte Licht der Leuchtmittel 2 derart abgelenkt wird, dass es an einer Lichtsaustrittsfläche 9, die der Lichteintrittsfläche 10 des betreffenden Lichtleitelements 7 gegenüberliegt, aus dem Lichtleiter 4 austritt und im weiteren Verlauf seines Strahlengangs durch die Lichteintrittsfläche 9 hindurch in das Lichtleitelemente 7 eingekoppelt wird.
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Die Lichtleitelemente 7 sind jeweils so ausgestaltet, dass das Licht in dem Lichtleitelement 7 unter Ausnutzung der Totalreflexion an dessen Wandungen in einer Hauptlichtleitrichtung 12 zu der Lichtaustrittsfläche 10 geleitet wird. In 2 ist erkennbar, dass die Hauptlichtleitrichtung 12 der Lichtleitelemente 7 quer zur Hauptlichttransportrichtung 6 des Lichtleiters 4 verläuft.
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Der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen auf die Lichtaustrittsfläche 10 auftreffen, ist so gewählt, dass die Totalreflexionsbedingung verletzt ist und das Licht durch die Lichtaustrittsfläche 10 hindurch in Form eines Lichtbündels aus dem Lichtleitelement 7 austritt. Das von den Leuchtmitteln 2 ausgesendete Licht durchläuft also zu erst in Hauptlichttransportrichtung einen Abschnitt des Lichtleiters 4 und nach Ablenkung an einem Auskoppelelement ein dem Lichtleiter 4 vorgelagertes Lichtleitelement 7. Dabei wird das Lichtleitelement 7 quer zu seiner Längserstreckung in Hauptlichtleitrichtung 12 vom Licht der Leuchtmittel 2 durchflutet. Die dreidimensional Erscheinungsform der Lichtaustrittsflächen 10 wird also auf eine zweidimensionale Anordnung der Leuchtmittel 2 zurückgeführt.
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In 2 ist erkennbar, dass in einer quer zur Längserstreckungsrichtung der Lichtleitelemente 7 verlaufenden, der Zeichenebene entsprechenden Querschnittsebene die lichte Weite der Lichtleitelemente 7, jeweils ausgehend von ihrem dem Lichtleiter 4 zugewandten Ende zu ihrem gegenüberliegenden, vom Lichtleiter 4 entfernten Ende stetig abnimmt.
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Bei den in 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen haben die Lichtleitelemente 7 jeweils an ihrer dem Lichtleiter 4 zugewandten Rückseite eine Einformung 13. Die Lichteintrittsflächen 9 sind zumindest bereichsweise in den Einformungen 13 angeordnet. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 sind die Lichteintrittsflächen 9 linsensförmig ausgestaltet. Bei den in 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Einformungen 12 etwa hohlkegelförmig ausgestaltet. Dadurch reduzier sich die Wandstärke der Lichtleitelemente 7.
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An der den Lichtleitelementen 7 abgewandten Rückseite des Lichtleiters 4 ist ein optischer Reflektor 14 angeordnet, der eine der Anzahl der Lichtleitelemente 9 entsprechende Anzahl konkaver Reflektorflächen 15 aufweist. Die Reflektorflächen 15 lenken das von der Rückseite des Lichtleiters 4 abgestrahlte Licht um und bündeln dieses in Richtung auf die Lichteintrittsfläche 9 des ihnen jeweils zugeordneten Lichtleitelements 7.
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Wie in den 1, 3 und 5 besonders gut erkennbar ist, weist die Beleuchtungseinrichtung eine den Lichtleiter 4 lichtaustrittsseitig überdeckende Blende 16 auf, die eine der Anzahl der Lichtleitelemente 7 entsprechende Anzahl Blendenöffnungen hat. Jede Blendenöffnung wird jeweils von einem Lichtleitelement 7 durchsetzt. Die Trägerplatte 8 ist zwischen dem Lichtleiter und der Blende angeordnet.
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Die Lichtaustrittsflächen 10 der Lichtleitelemente 7 können als Designelement dienen. Sie können einen von einer geraden Linie abweichenden, gekrümmten und insbesondere bogenförmigen (7) und/oder einen abgewinkelten Verlauf aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 2
- Leuchtmittel
- 3
- Leiterplatte
- 4
- Lichtleiter
- 5
- Lichteinkoppelfläche
- 6
- Hauptlichttransportrichtung
- 7
- Lichtleitelement
- 8
- Trägerplatte
- 9
- Lichteintrittsfläche
- 10
- Lichtaustrittsfläche
- 11
- Auskoppelelement
- 12
- Hauptlichtleitrichtung
- 13
- Einformung
- 14
- Reflektor
- 15
- Reflektorfläche
- 16
- Blende
