DE102010018028A1

DE102010018028A1 - Flächenlichtleiter und Leuchte

Info

Publication number: DE102010018028A1
Application number: DE102010018028A
Authority: DE
Inventors: Dr. Brick Peter; Julius Muschaweck
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Siteco GmbH
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-27
Also published as: WO2011131434A3; US9182531B2; CN102906607B; WO2011131434A2; US20130114291A1; EP2561388A2; CN102906607A

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters (1) weist dieser zumindest ein Streumittel (5) zur Streuung von Licht auf, wobei durch das Streumittel (5) ein Auskoppelkoeffizient hervorgerufen ist. Der Auskoppelkoeffizient ist entlang einer Hauptlichtleitrichtung (z) variierend eingestellt. In eine Richtung (L) senkrecht zu Hauptseiten (2) des Flächenlichtleiters (1) beträgt ein Trübheitswert höchstens 0,10, ein Transmissionskoeffizient mindestens 0,75 und ein Quotient aus einer minimalen Leuchtdichte und einer maximalen Leuchtdichte, gesehen über einen zusammenhängenden Abstrahlbereich (A) mindestens einer der Hauptseiten (2) hinweg, wenigstens 0,75.

Description

Es wird ein Flächenlichtleiter angegeben. Darüber hinaus wird eine Leuchte angegeben.
In der Druckschrift DE 102 29 064 A1 ist ein Lichtquellenelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen möglichst gleichmäßig abstrahlenden Flächenlichtleiter sowie eine Leuchte mit einem solchen Flächenlichtleiter anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten und mindestens eine als Lichteintrittsseite eingerichtete Stirnseite auf. Die Stirnseite ist hierbei eine solche Begrenzungsfläche des Flächenlichtleiters, die die gegenüberliegenden Hauptseiten miteinander verbindet. Lichteintrittsseite bedeutet, dass diese Seite dazu vorgesehen ist, hierüber eine Strahlung einer Lichtquelle in den Flächenlichtleiter einzukoppeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser mindestens eine Hauptlichtleitrichtung auf, die von der Lichteintrittsseite weg verläuft. Die Hauptlichtleitrichtung ist also eine solche Richtung, entlang derer der Lichtleiter vorgesehen ist, das Licht zu leiten. Ist an der Lichteintrittsseite oder an mehreren Lichteintrittsseiten eine Lichtquelle angebracht, so verläuft die Hauptlichtleitrichtung oder die Hauptlichtleitrichtungen jeweils bevorzugt weg von den jeweiligen Lichtquellen. Sind mehrere Lichtquellen an verschiedenen Stirnseiten beziehungsweise Lichteintrittsseiten angebracht, so kann der Flächenlichtleiter mehrere Hauptlichtleitrichtungen aufweisen, die jeweils von den entsprechenden Lichteintrittsseiten weg verlaufen, insbesondere auf diesen senkrecht stehen, und die in unterschiedliche Richtungen weisen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters umfasst dieser ein Streumittel zur Streuung von Licht. Das Streumittel weist einen spezifischen Streuquerschnitt auf. Durch die Streuung des Lichts an dem Streumittel wird ein Winkel des Lichts, relativ zu den Hauptseiten, verändert, insbesondere trifft Licht nach einer oder nach mehreren Streuungen an dem Streumittel unter Winkeln auf die Hauptseiten auf, die kleiner sind als ein Totalreflexionswinkel. Hierdurch wird durch das Streumittel die Licht leitende Wirkung des Flächenlichtleiters aufgehoben und somit eine Auskopplung der Strahlung an den Hauptseiten ermöglicht. Durch das Streumittel ist also auch ein Auskoppelkoeffizient hervorgerufen. Der Begriff Streumittel schließt insbesondere Streustellen ein, die durch Partikel und/oder durch Fehlstellen und/oder durch Hohlräume gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist der Auskoppelkoeffizient entlang der Hauptlichtleitrichtung nicht konstant eingestellt. Mit anderen Worten variiert der Lichtauskoppelkoeffizient entlang der Hauptlichtleitrichtung gezielt. Eine Variation des Auskoppelkoeffizienten geht hierbei ausschließlich oder im Wesentlichen auf eine gezielte Verteilung des Streumittels innerhalb des Flächenlichtleiters zurück. Unter Verteilung des Streumittels sind insbesondere keine nur statistisch bedingten, lokalen Konzentrationsschwankungen zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser, insbesondere in eine Richtung senkrecht zumindest einer der Hauptseiten, einen Trübheitswert von höchstens 0,10, bevorzugt von höchstens 0,05 auf. Der Trübheitswert wird auch als Haze-Wert oder als Haziness bezeichnet. Der Trübheitswert ist zum Beispiel für Transmission definiert als der Quotient aus dem Anteil einer Strahlung, der bei Durchgang durch ein Medium um einen Winkel von mehr als 2,5° gestreut wird, und aus der gesamten, durch das Medium transmittierten Strahlung. Mit anderen Worten ist der Flächenlichtleiter dann klarsichtig oder nahezu klarsichtig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser, insbesondere in eine Richtung senkrecht zumindest einer der Hauptseiten, einen Transmissionskoeffizienten oder eine Transmission von mindestens 0,75 auf. Bevorzugt beträgt der Transmissionskoeffizient mindestens 85%, insbesondere mindestens 90%. Mit anderen Worten ist der Flächenlichtleiter dann transparent oder nahezu transparent. Der Transmissionskoeffizient ist hierbei die gesamte transmittierte Lichtleistung geteilt durch die eingestrahlte Lichtleistung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist mindestens eine der Hauptseiten einen zusammenhängenden Abstrahlbereich auf, der dazu vorgesehen ist, im Flächenlichtleiter geleitetes Licht abzustrahlen. Mit anderen Worten bildet der Abstrahlbereich eine abstrahlende Fläche der Hauptseiten. Der Abstrahlbereich erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Hauptseite oder über einen Großteil der Hauptseite, zum Beispiel über mehr als 90% oder über mehr als 95% einer Fläche der Hauptseite. Zum Beispiel weist der Flächenlichtleiter genau einen Abstrahlbereich pro Hauptseite auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters beträgt ein Quotient aus einer minimalen Leuchtdichte und einer maximalen Leuchtdichte, gesehen über den mindestens einen Abstrahlbereich, wenigstens 0,75, bevorzugt wenigstens 0,80 oder wenigstens 0,85, insbesondere wenn Strahlung in den Flächenlichtleiter geführt wird. Mit anderen Worten ist der Flächenlichtleiter dazu eingerichtet, eine in den Flächenlichtleiter eingekoppelte und in dem Flächenlichtleiter geleitetete Strahlung über den gesamten Abstrahlbereich oder über die gesamte Hauptseite hinweg die Strahlung gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig ausgekoppelt.
In mindestens einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten und mindestens eine als Lichteintrittsseite eingerichtete Stirnseite auf. Mindestens eine Hauptlichtleitrichtung verläuft von der Lichteintrittsseite weg. Der Flächenlichtleiter beinhaltet zumindest ein Streumittel zur Streuung von Licht, wobei durch das Streumittel ein Auskoppelkoeffizient hervorgerufen ist. Der Auskoppelkoeffizient ist entlang der Hauptlichtleitrichtung variierend eingestellt. In eine Richtung senkrecht zu einer der Hauptseiten beträgt ein Trübheitswert des Flächenlichtleiters höchstens 0,10, ein Transmissionskoeffizient mindestens 0,75 und ein Quotient aus einer minimalen Leuchtdichte und einer maximalen Leuchtdichte, gesehen über einen zusammenhängenden Abstrahlbereich mindestens einer der Hauptseiten hinweg, wenigstens 0,75.
Wird ein solcher Flächenlichtleiter mit einer Lichtquelle versehen, so erscheint der mindestens eine Abstrahlbereich des Flächenlichtleiters während des Betriebs der Lichtquelle gleichmäßig hell. Außerhalb des Betriebs der Lichtquelle wirkt der Flächenlichtleiter dann klarsichtig, zum Beispiel ähnlich einer Fensterscheibe und absorbiert somit wenig Strahlung, wodurch eine Helligkeit beispielsweise eines Raums bei ausgeschalteter Lichtquelle erhöht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters folgt der Auskoppelkoeffizient α entlang der Hauptlichtleitrichtung z, mit eine Toleranz von höchstens 25%, von höchstens 15% oder von höchstens 10% eines maximalen Auskoppelkoeffizienten α_max einem der folgenden Zusammenhänge: α(z) = (α₀ + kz)/(1 – α₀z) oder α(z) = (α_max + kz)/(1 + α_max ²(z – W/2)²)^0,5
α₀ ist hierbei ein Auskoppelkoeffizient in einem der Lichteintrittsseite nächstgelegenen Teilbereich des Abstrahlbereichs, insbesondere in Draufsicht auf den Abstrahlbereich gesehen. W stellt eine mittlere Ausdehnung des Abstrahlbereichs entlang der Hauptlichtleitrichtung z dar. k ist eine reelle Zahl und kann zum Beispiel in m^–2 angegeben sein. z ist beliebig skalierbar, weist bevorzugt jedoch Werte zwischen einschließlich 0 und W auf. W, z, k sowie α können auch einheitenlos angegeben sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist dieser aus mindestens zwei oder genau zwei voneinander verschiedenen Grundformmassen geformt. Die Grundformmassen weisen unterschiedliche, mittlere spezifische Auskoppelkoeffizienten auf. Bevorzugt sind die Grundformmassen in dem Flächenlichtleiter nicht durchmischt. Nicht durchmischt kann bedeuten, dass zwischen den verschiedenen Grundformmassen ein Grenzbereich existiert, in dem ein mittlerer, spezifischer Auskoppelkoeffizient innerhalb des Flächenlichtleiters stufenartig oder sprunghaft ansteigt, insbesondere im Vergleich zu restlichen Bereichen des Flächenlichtleiters. Hinsichtlich des Auskoppelkoeffizienten kann dann eine Art diskontinuierlicher Phasenübergang an einer Grenze der Grundformmassen vorliegen.
Ein derartiger Flächenlichtleiter ist beispielsweise mittels eines Mehrkomponenten-Spritzgießens, insbesondere eines Zweikomponenten-Spritzgießens, herstellbar. Die mindestens zwei Grundformmassen oder die mindestens zwei Materialkomponenten bei dem Spritzgießen werden bevorzugt in derselben Gussform verarbeitet und/oder geformt. Innerhalb der jeweiligen Grundformmassen liegt das Streumittel bevorzugt jeweils statistisch verteilt vor. Mit anderen Worten ist innerhalb der Grundformmassen dann keine gezielte Konzentrationsabhängigkeit des Streumittels eingestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser mindestens eine oder genau eine Grundformmasse auf, die das Streumittel umfasst. Ferner weist der Flächenlichtleiter mindestens eine oder genau eine Grundformmasse auf, die frei von dem Streumittel ist. Die Grundformmassen können, wie auch in den anderen Ausführungsformen, als ein Basismaterial dasselbe Material aufweisen, wobei in die eine der Grundformmassen zum Beispiel Partikel des Streumittels in das als Matrixmaterial wirkende Basismaterial eingebettet sind und die andere der Grundformmasse nur das Basismaterial aufweist. Das Streumittel liegt bevorzugt in Form von Partikeln mit einem mittleren Partikeldurchmesser insbesondere zwischen einschließlich 10 nm und 30 μm vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters umfasst dieser mindestens zwei oder genau zwei Grundformmassen, wobei diese verschiedene Streumittel enthalten. Verschiedene Streumittel heißt, dass sich diese hinsichtlich eines Materials, aus dem die Streumittel geformt sind, oder hinsichtlich geometrischer Kenngrößen des Streumittels, beispielsweise einem mittleren Partikeldurchmesser, voneinander unterscheiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters umfasst dieser mindestens zwei oder genau zwei Grundformmassen, denen das gleiche Streumittel beigegeben ist, wobei das Streumittel in unterschiedlichen Konzentrationen in den Grundformmassen vorliegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser genau eine Grundformmasse auf, in der das bevorzugt genau eine Streumittel gezielt inhomogen verteilt vorliegt. Innerhalb des Flächenlichtleiters und der Grundformmasse tritt dann insbesondere kein diskontinuierlicher Phasenübergang oder stufenartiger Verlauf des Auskoppelkoeffizienten auf.
Darüber hinaus wird eine Leuchte angegeben. Die Leuchte beinhaltet insbesondere einen oder mehrere Flächenlichtleiter, wie in Verbindung mit zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben. Merkmale der Leuchte sind daher auch für den Flächenlichtleiter offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform der Leuchte beinhaltet diese einen Flächenlichtleiter, wie in Verbindung mit einer der vorhergehenden Ausführungsformen angegeben. Darüber hinaus umfasst die Leuchte mindestens eine elektrisch betreibbare Lichtquelle. Die Lichtquelle ist an wenigstens einer der Stirnseiten des Flächenlichtleiters angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchte weist diese eine Mehrzahl von Lichtquellen auf. Die Lichtquellen befinden sich bevorzugt an genau einer der Stirnseiten oder an genau zwei gegenüberliegenden Stirnseiten oder an genau vier einander paarweise gegenüberliegenden Stirnseiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchte umfassen die Lichtquellen Leuchtdioden oder bestehen die Lichtquellen aus Leuchtdioden und optional elektrischen und/oder mechanischen Verbindungen zwischen den Leuchtdioden. Bevorzugt sind die Leuchtdioden entlang mindestens einer der Stirnseiten streifenartig angeordnet.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Flächenlichtleiter sowie eine hier beschriebene Leuchte unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 4 und 7 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchten und Flächenlichtleitern,
5 schematische Darstellungen eines Verlaufs eines Auskoppelkoeffizienten entlang einer Hauptlichtleitrichtung, und
6 eine schematische Darstellung einer winkelabhängigen Abstrahlcharakteristik eines hier beschriebenen Flächenlichtleiters.
In 1A ist eine Draufsicht und in 1B eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Leuchte 10 mit einem Flächenlichtleiter 1 dargestellt. Der Flächenlichtleiter 1 weist zwei Grundformmassen 7a, 7b auf, denen jeweils ein Streumittel 5 beigegeben ist. Das Streumittel 5 liegt in Form von Partikeln vor. Ein mittlerer Durchmesser der Partikel liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,02 μm und 10 μm, insbesondere zwischen einschließlich 0,1 μm und 6 μm. Die Partikel des Streumittels 5 bestehen aus oder umfassen zum Beispiel mindestens eine der folgenden Komponenten: Siliziumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Glas, Luft gefüllte Partikel.
Die Partikel des Streumittels 5 sind in den undurchmischten Grundformmassen 7a, 7b statistisch verteilt. Die Grundformmassen 7a, 7b weisen dasselbe Basismaterial auf, in dem die Partikel des Streumittels 5 eingebettet sind. Das Basismaterial ist oder umfasst beispielsweise Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, oder Polycarbonat, kurz PC. Den Basismaterialien der Grundformmassen 7a, 7b sind verschiedene Streumittel 5 beigegeben, die sich in einem mittleren Partikeldurchmesser und/oder in einem Material der Partikel voneinander unterscheiden. Hierdurch weist die Grundformmasse 7a einen kleineren spezifischen Auskoppelkoeffizienten oder Streuquerschnitt auf als die Grundformmasse 7b. Mit anderen Worten streut die Grundformmasse 7a eine Strahlung weniger stark als die Grundformmasse 7b, wodurch durch die Grundformmasse 7a ein geringerer Strahlungsanteil aus dem Flächenlichtleiter 1 ausgekoppelt wird. Außer an einer Grenzfläche zwischen dem Streumittel 5 und den Grundformmassen 7a, 7b oder innerhalb des Streumittels 5, tritt in dem Flächenlichtleiter 1 bevorzugt kein Brechungsindexsprung von mehr als 0,1 auf.
Einander gegenüberliegende Hauptseiten 2a, 2b des Flächenlichtleiters 1 sind eben und glatt gestaltet und parallel zueinander angeordnet. Glatt oder optisch glatt bedeutet zum Beispiel, dass eine Richtungsänderung eines lokalen Normalenvektors der Hauptseiten 2a, 2b auf einer Längenskala von beispielsweise 1 μm oder beispielsweise 100 μm höchstens 2° beträgt. Die Hauptseiten 2a, 2b sind ganzflächig dazu eingerichtet, Strahlung aus dem Flächenlichtleiter 1 heraus zu emittieren. Ein Abstrahlbereich A des Flächenlichtleiters 1 erstreckt sich daher jeweils über die gesamten Hauptseiten 2a, 2b.
Die Hauptseiten 2a, 2b sind über Stirnseiten 3, die eben ausgeführt sind, miteinander verbunden. An den Stirnseiten 3 ist jeweils ein Streifen einer Vielzahl von Lichtquellen 6, die durch Leuchtdioden gebildet sind, angebracht. Die einander gegenüberliegenden Stirnseiten 3 stellen somit auch Lichteintrittsseiten 4 dar, über die Licht in den Flächenlichtleiter 1 eingekoppelt wird. Optional können die Lichteintrittsseiten 4, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, mit einer Aufrauung oder einer Beschichtung versehen sein, durch die eine Einkoppeleffizienz von Strahlung in den Flächenlichtleiter 1 vergrößerbar ist.
Jeweils in Richtung weg von den Lichtquellen 6 verlaufen Hauptlichtleitrichtungen z1, z2. Entlang der Hauptlichtleitrichtungen z1, z2 nimmt, in einem Querschnitt parallel zu einem Lot L zu den Hauptseiten 2a, 2b ein Anteil der stärker streuenden Grundformmasse 7b zu. Ein maximaler Anteil der Grundformmasse 7b liegt an einer Mittellinie L vor. Die Grundformmasse 7b ist, bezogen auf die Hauptseite 2a und in einem Querschnitt gesehen, linsenartig geformt. Die Grundformmasse 7b reicht nicht bis an die Lichteintrittsseiten 4 heran. Durch diese Verteilung der Grundformmasse 7b wird eine gleichmäßige Abstrahlung von den Lichtquellen 6 emittierter Strahlung über die gesamten Hauptseiten 2a, 2b hinweg erzielt. Der Flächenlichtleiter 1 ist beispielsweise über ein Zweikomponenten-Spritzgießen insbesondere in einem so genannten Endlosband herstellbar.
Eine Dicke D des Flächenlichtleiters 1 sowie der gesamten Leuchte 10 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1 mm und 25 mm, insbesondere zwischen einschließlich 2 mm und 15 mm. Eine Breite W des Flächenlichtleiters 1 beträgt zum Beispiel mehr als 50 mm, insbesondere zwischen einschließlich 50 mm und 1 m, beispielsweise zirka 150 mm. Eine Fläche des Abstrahlbereichs A beträgt bevorzugt mindestens 100 cm², mindestens 750 cm² oder mindestens 2000 cm².
Die elektrisch betreibbaren Lichtquellen 6 können unmittelbar an die Stirnseiten 3 beziehungsweise an die Lichteintrittsseiten 4 angebracht sein. Anders als gezeichnet ist es ebenfalls möglich, dass die Lichtquellen 6 von den Lichteintrittsseiten 4 beabstandet angeordnet sind, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen. Ein Abstand zwischen den Lichteintrittsseiten 4 und den Lichtquellen 6, insbesondere einer Lichtaustrittsfläche der Lichtquellen 6, beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,2 mm und 2 mm, insbesondere zirka 0,5 mm.
Die Leuchte 10 gemäß 1 ist frei von weiteren Streumitteln neben den in den Grundformmassen 7a, 7b eingebetteten Streumitteln 5. Insbesondere sind die Hauptseiten 2a, 2b des Flächenlichtleiters 1 glatt oder optisch glatt und der Flächenlichtleiter 1 ist nicht mit einer Diffusorfolie versehen. In eine Richtung parallel zu dem Lot L gesehen wirkt der Flächenlichtleiter 1 für einen Betrachter also, insbesondere bei ausgeschalteten Lichtquellen 6, nicht milchig oder trüb, sondern klarsichtig und transparent.
Die Klarsichtigkeit bei ausgeschalteten Lichtquellen 6 ist insbesondere dadurch erreicht, dass die Hauptseiten 2a, 2b glatt sind und dass die Partikel des Streumittels 5 vergleichsweise kleine Durchmesser haben und für das bloße menschliche Auge nicht sichtbar sind. Weiterhin ist der Flächenlichtleiter 6 in dem Abstrahlbereich A insbesondere frei von Strukturen, wie Auskoppelstrukturen, die mit bloßem menschlichem Auge sichtbar sind.
In 2 sind weitere Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von Leuchten 10 und Flächenlichtleitern 1 illustriert. Gemäß 2A ist die Grundformmasse 7a frei von einem Streumittel. Das Streumittel 5 liegt ausschließlich in der Grundformmasse 7b vor, in der das Streumittel 5 gleichmäßig und statistisch verteilt ist. Die Grundformmasse 7b erstreckt sich jeweils bis an die einander gegenüberliegenden Lichteintrittsseiten 4 heran. Weiterhin reicht die Grundformmasse 7b mit dem Streumittel 5 jeweils nicht an die Hauptseiten 2a, 2b heran. Mit anderen Worten ist, in eine Richtung senkrecht zu den Hauptseiten 2a, 2b, die Grundformmasse 7b mit dem Streumittel 5 in die Grundformmasse 7a ohne Streumittel eingebettet.
Gemäß 2B ist die Grundformmasse 7a frei von einem Streumittel. Die Grundformmasse 7b mit dem Streumittel 5 liegt in zwei voneinander getrennten Bereichen vor, die sich jeweils von den Hauptseiten 2a, 2b weg erstrecken. Ein Anteil der Grundformmasse 7b, gesehen in eine Richtung senkrecht zu den Hauptseiten 2a, 2b, nimmt entlang der Hauptlichtleitrichtung z im Rahmen der Herstellungstoleranzen monoton oder streng monoton zu. Die Grundformmasse 7b reicht nicht bis an die Lichteintrittsseite 4 heran, erstreckt sich jedoch bis zu einer der Lichteintrittsseite 4 gegenüberliegenden Stirnseite 3. Die Lichtquellen 6 sind nur an einer der Stirnseiten 3 angebracht, wie auch in 2C.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2C ist beiden undurchmischten Grundformmassen 7a, 7b das Streumittel 5 beigegeben, wobei es sich in beiden Grundformmassen 7a, 7b bevorzugt um dasselbe Streumittel 5 handelt und eine Konzentration des Streumittels 5 in der Grundformmasse 7b höher ist, wodurch die Grundformmasse 7b einen größeren spezifischen Streuquerschnitt oder spezifische Auskoppelkoeffizienten aufweist als die Grundformmasse 7a. Entlang der Hauptlichtleitrichtung z verbreitert sich die Grundformmasse 7b, in einer Seitenansicht gesehen, trichterartig. Die Grundformmasse 7b reicht bis an die Hauptseiten 2a, 2b heran.
An der den Lichtquellen 6 gegenüberliegenden Stirnseite 3 ist optional ein Spiegel 8 angebracht. Der Spiegel 8 kann diffus oder spekular reflektierend gestaltet sein. Anders als dargestellt ist es ebenso möglich, dass eine der Hauptseiten 2a, 2b mit einem bevorzugt spekular, also gemäß dem Reflexionsgesetz, reflektierenden Spiegel versehen ist. In ausgeschaltetem Zustand der Lichtquellen 6 wirkt der Flächenlichtleiter 1 dann als eine Art Spiegel.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist der Flächenlichtleiter 1 nur eine einzige Grundformmasse 7 auf, in der die Partikel des Streumittels 5 inhomogen verteilt sind. So ist eine Konzentration der Partikel des Streumittels 5 in einem Zentralbereich des Flächenlichtleiters 1 am größten und nimmt hin zu den Lichteintrittsseiten 4 stetig ab.
Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen auch kann der Flächenlichtleiter 1 zusätzlich zu dem Streumittel 5 eine oder mehrere Einschnürungen 9 aufweisen. Die Einschnürung 9 ist dadurch gebildet, dass die Hauptseite 2b unter einem Winkel zu der eben gestalteten Hauptseite 2a verläuft. Ein Winkel zwischen den Hauptseiten 2a, 2b liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,5° und 4°, insbesondere zwischen einschließlich 1,25° und 2,5°. Durch diesen kleinen Winkel zwischen den Hauptseiten 2a, 2b erfolgt, bei Durchsicht durch den Flächenlichtleiter 1, keine signifikante Verzerrung der transmittierten Strahlung. Mit anderen Worten ist der Flächenlichtleiter 1 auch in diesem Fall klarsichtig und wirkt nicht prismenartig verzerrend.
Gemäß 3 sind die Lichtquellen 6 weiterhin über einen Rahmen 60 an dem Flächenlichtleiter 1 befestigt. Der Rahmen 60 ist beispielsweise undurchlässig für Licht und erstreckt sich teilweise auf die Hauptseiten 2a, 2b. Der Abstrahlbereich A ist nur durch solche Bereiche der Hauptseite 2a, 2b gebildet, die von dem Rahmen 60 unbedeckt sind. Eine entsprechende Anordnung kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Gemäß 4 sind die Lichtquellen 6 an allen vier Stirnseiten 3 des Flächenlichtleiters 1 angebracht. In Draufsicht gesehen weist der Flächenlichtleiter 1 einen rechteckigen Querschnitt auf. In einem Zentralbereich des Flächenlichtleiters 1 ist, in Draufsicht gesehen, eine Konzentration des Streumittels 5 am höchsten und in Eckbereichen des Flächenlichtleiters 1 am niedrigsten. Die Lichtquellen 6 reichen bevorzugt jeweils nicht bis an Ecken des Flächenlichtleiters 1 heran.
In den 5A und 5B ist ein Verlauf des Auskoppelkoeffizienten α entlang der Hauptlichtleitrichtung z dargestellt. Gemäß 5A nimmt der Auskoppelkoeffizient α stetig zu. Ein derartiger Verlauf des Auskoppelkoeffizienten α wird bevorzugt in den Ausführungsbeispielen gemäß den 2B und 2C angewandt. Ein glockenkurvenartiger Verlauf des Auskoppelkoeffizienten α nach 5B liegt insbesondere in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1, 2A und 3 vor.
In 6 ist eine winkelabhängige Abstrahlung des Flächenlichtleiters 1 etwa gemäß den 1 bis 4 illustriert. Aufgetragen ist eine richtungsabhängige Abstrahlintensität I gegenüber einem Abstrahlwinkel β, bezogen auf das Lot L zu den Hauptseiten 2 beziehungsweise zu dem Abstrahlbereich A. Eine maximale Intensität I_max liegt innerhalb eines Winkelbereichs von +/–20° zu dem Lot L vor. Eine maximale Intensität I in einem Winkelbereich mit Winkeln von > 70° zu dem Lot L beträgt höchstens 0,5, bevorzugt höchstens 0,3 der maximalen Intensität I_max. Die mit dem Flächenlichtleiter 1 erzielte Abstrahlcharakteristik entspricht, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 20% oder von höchstens 10% der maximalen Intensität I_max, der Abstrahlcharakteristik eines Lambert'schen Strahlers.
In 7 ist die Funktionsweise des Flächenlichtleiters 1 näher illustriert. Die auf den Flächenlichtleiter 1 und/oder auf die Leuchte 10 bezogenen Merkmale der 7 lassen sich in analoger Weise auf alle anderen Ausführungsbeispiele übertragen und sind daher auch für diese offenbart.
In 7A ist der Trübheitswert oder Haze-Wert für Transmission erklärt. Der Trübheitswert ist gleich dem Quotienten aus dem Strahlungsanteil I₂, der in den Winkelbereich a emittiert wird, und aus der gesamten, transmittierte Intensität. Als nicht gestreut gelten solche Strahlen, die bei Durchgang durch den Flächenlichtleiter 1 eine Richtungsabweichung von < 2,5°, bezogen auf eine ideal transmittierende, planparallele Platte, erfahren. Der als nicht gestreut geltende Winkelbereich a ist in 7A durch eine Strich-Punkt-Linie von einem Winkelbereich b, in dem die transmittierte Strahlen als gestreut oder als wenig gestreut gelten, abgegrenzt. Der Trübheitswert ist definiert, insbesondere für senkrecht oder für nahezu senkrecht auf die Hauptseiten 2 treffende Strahlung. Eine entsprechende Darstellung ist in 7B für eine Reflexion gegeben.
In 7C ist ein abgewandelter Lichtleiter 1' gezeigt, dem kein Streumittel beigegeben ist. Ausgehend von der Lichtquelle 6 verbleibt die Strahlung im Wesentlichen mit gleichbleibender Intensität entlang der Hauptlichtleitrichtung z in den Lichtleiter 1', siehe 7C. Durch das Streumittel 5 in den Flächenlichtleiter 1, siehe 7D, erfährt die von der Lichtquelle 6 emittierte Strahlung entlang der Hauptlichtleitrichtung z zunehmend eine Streuung, sodass entlang der Hauptlichtleitrichtung z ein Winkel der Strahlung, relativ zu den Hauptseiten 2, vergrößert wird, sodass die Strahlung ausgekoppelt werden kann.
Gemäß 7E sind die Hauptseiten 2 in gleich große, fiktive Abschnitte unterteilt. Die einzelnen Abschnitte, die den Flächenlichtleiter 1 in Richtung senkrecht zu den Hauptseiten 2 durchlaufen, weisen laterale Abmessungen auf, die beispielsweise höchstens 1/20 oder höchstens 1/100 der Breite W des Abstrahlbereichs A aufweisen. In jedem der Abschnitte ist eine Abstrahlintensität I näherungsweise gleich. Die Auskoppelkoeffizienten α sind beispielsweise über jeden der Abschnitte gemittelt anzugeben. Entlang der Hauptlichtleitrichtung z, vergleiche insbesondere die 5A und die Ausführungsbeispiele gemäß den 2B und 2C, nehmen die Auskoppelkoeffizienten α zum Beispiel stetig zu.
Durch die Mittelung der Auskoppelkoeffizienten α und der Abstrahlintensitäten I über vergleichsweise große Abschnitte des Flächenlichtleiters 1 werden statistische Schwankungen der Konzentration des Streumittels 5 in dieser Betrachtungsweise herausgemittelt.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10229064 A1 [0002]

Claims

Flächenlichtleiter (1) mit – zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (2), – mindestens einer als Lichteintrittsseite (4) eingerichteten Stirnseite (3), – mindestens einer Hauptlichtleitrichtung (z), die von der Lichteintrittsseite (4) weg verläuft, und – mindestens einem Streumittel (5) zur Streuung von Licht, wobei ein durch das Streumittel (5) hervorgerufener Auskoppelkoeffizient (α) entlang der Hauptlichtleitrichtung (z) variierend eingestellt ist, wobei, jeweils in eine Richtung (L) senkrecht zu einer der Hauptseiten (2), – ein Trübheitswert des Flächenlichtleiters (1) höchstens 0,10 beträgt, – ein Transmissionskoeffizient des Flächenlichtleiters (1) mindestens 0,75 beträgt, und – ein Quotient aus einer minimalen Leuchtdichte und einer maximalen Leuchtdichte über mindestens einen zusammenhängenden Abstrahlbereich (A) mindestens einer der Hauptseiten (2) hinweg wenigstens 0,75 beträgt.
Flächenlichtleiter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Auskoppelkoeffizient α, mit einer Toleranz von höchstens 25% eines maximalen Auskoppelkoeffizienten α_max, einem der folgenden Zusammenhänge entlang der Hauptlichtleitrichtung z folgt: – α(z) = α₀/(1 – α₀z), – α(z) = (α_max + kz)/(1 + α_max ²(z – W/2)²)^0,5, wobei α₀ ein Auskoppelkoeffizient in einem der Lichteintrittsseite (4) nächstgelegenen Bereich des Abstrahlbereichs (A) ist, W eine mittlere Ausdehnung des Abstrahlbereichs (A) entlang der Hauptlichtleitrichtung z ist und k eine reelle Zahl ist.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Streumittel (5) oder eines der Streumittel (5) in Form von Partikeln vorliegt, wobei ein mittlerer Partikeldurchmesser zwischen einschließlich 10 nm und 30 μm liegt.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Flächenlichtleiter (1) aus mindestens zwei voneinander verschiedenen Grundformmassen (7) geformt ist, wobei die Grundformmassen (7) unterschiedliche, mittlere spezifische Auskoppelkoeffizienten aufweisen und insbesondere undurchmischt sind.
Flächenlichtleiter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem – mindestens eine der Grundformmassen (7) das Streumittel (5) umfasst und mindestens eine der Grundformmassen (7) frei von dem Streumittel (5) ist, und/oder – zumindest zwei der Grundformmassen (7) verschiedene Streumittel (5) enthalten, und/oder – zumindest zwei der Grundformmassen (7) das gleiche Streumittel (5) in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit einem Mehrkomponentenspritzgießen hergestellt ist.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hauptflächen (2) mindestens in dem Abstrahlbereich (A) jeweils glatt sind.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Winkel zwischen den Hauptflächen (2) zwischen einschließlich 0,5° und 4,0° liegt, oder bei dem die Hauptflächen (1) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Abstrahlintensität (I) für einen Winkel in einem Winkelbereich von größer als 70°, bezogen auf eine Richtung (L) senkrecht zu einer der Hauptseiten (2), höchstens 50% einer maximalen Abstrahlintensität (I_max) für einen Winkel in einem Winkelbereich von höchstens 70° zu der Richtung (L) beträgt.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Dicke (D) zwischen einschließlich 1 mm und 25 mm aufweist.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstrahlbereich (A) eine Fläche von mindestens 100 cm² aufweist.
Leuchte (10) mit mindestens einem Flächenlichtleiter (1) und mit mindestens einer elektrisch betreibbaren Lichtquelle (6), wobei der Flächenlichtleiter (1) – zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten (2), mindestens eine als Lichteintrittsseite (4) eingerichtete Stirnseite (3) und mindestens eine Hauptlichtleitrichtung (z), die von der Lichteintrittsseite (4) weg verläuft, aufweist, und – mindestens ein Streumittel (5) zur Streuung von Licht, das ungleichmäßig in dem Flächenlichtleiter (1) verteilt ist, beinhaltet, – jeweils in eine Richtung (L) senkrecht zu einer der Hauptseiten (2) einen Trübheitswert von höchstens 0,10, einen Transmissionskoeffizient von mindestens 0,75 und einen Quotienten aus einer minimalen Leuchtdichte und einer maximalen Leuchtdichte über mindestens einen zusammenhängenden Abstrahlbereich (A) mindestens einer der Hauptseiten (2) hinweg von wenigstens 0,75 aufweist, und wobei die Lichtquelle (6) an mindestens einer der Stirnseiten (3) angebracht ist.
Leuchte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, die eine Mehrzahl von Lichtquellen (6) aufweist, wobei sich die Lichtquellen (6) an genau einer Stirnseite (3) befinden, oder wobei sich die Lichtquellen (6) an genau zwei gegenüberliegenden Stirnseiten (3) befinden.
Leuchte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Lichtquellen (6) Leuchtdioden umfassen oder hieraus bestehen, wobei die Leuchtdioden in mindestens einem Streifen angeordnet sind.