DE102013202334B4

DE102013202334B4 - Beleuchtungsvorrichtung zum Bereitstellen von Licht

Info

Publication number: DE102013202334B4
Application number: DE102013202334.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schmidt
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: WO2014124814A1; DE102013202334A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (10) zum Bereitstellen von Licht, mit – einer Lichtquelle (12), die inhomogenes Licht (14) erzeugt, – einem Kollimator (16), der das inhomogene Licht (14) kollimiert, und – einer Mikrolinsenschicht (20), die das kollimierte inhomogene Licht (14) homogenisiert, die eine dem Kollimator (16) zugewandte erste Seite der Mikrolinsenschicht (20) und eine von dem Kollimator (16) abgewandte zweite Seite der Mikrolinsenschicht (20) aufweist, wobei an der ersten Seite der Mikrolinsenschicht (20) eine erste Mikrolinsenstruktur (22) ausgebildet ist und an der zweiten Seite der Mikrolinsenschicht (20) eine zweite Mikrolinsenstruktur (32) ausgebildet ist, und – eine erste Immersionsschicht (26) zwischen dem Kollimator (16) und der Mikrolinsenschicht (20) auf der ersten Mikrolinsenstruktur (22) angeordnet ist und eine zweite Immersionsschicht (36) auf einer von dem Kollimator (16) abgewandten Seite der Mikrolinsenschicht (20) auf der zweiten Mikrolinsenstruktur (32) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zum Bereitstellen von Licht. Beleuchtungsvorrichtungen sind Vorrichtungen, die zur Beleuchtung Ihrer Umgebung verwendet werden, insbesondere Leuchten, Leuchtmodule oder Lampen.
Es sind Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, bei denen zum Erzeugen von Licht Lichtquellen verwendet werden, die inhomogenes Licht erzeugen. Das inhomogene Licht kann beispielsweise bezüglich seiner Lichtstärkeverteilung und/oder bezüglich seiner Farbverteilung inhomogen sein. Beispielsweise sind Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, bei denen zum Erzielen einer hohen Effizienz, einer gleichmäßig weißen Lichtverteilung und/oder eines hohen Farbwiedergabeindex Lichtquellen verwendet werden, die mehrere zumindest teilweise unterschiedliche lichtemittierende Bauelemente aufweisen. Beispielsweise wird bei dem „Brilliant-Mix” Konzept das Licht von mintgrünen, roten und manchmal auch blauen LEDs gemischt. Die lichtemittierenden Bauelemente, die die verschiedenfarbigen Lichtanteile erzeugen, sind also räumlich separiert, wodurch das insgesamt von der Lichtquelle erzeugte Licht inhomogen wird. Wird dennoch homogenes Licht benötigt, so kann dies beispielsweise mittels Farbmischung erreicht werden.
Zum Erzeugen von homogenem Licht, beispielsweise zur Farbmischung, ist es bekannt, bei derartigen Beleuchtungsvorrichtungen in Strahlengängen des inhomogenen Lichts eine Mikrolinsenanordnung (Micro-Lens-Array, MLA) anzuordnen, die das inhomogene Licht mischt und so homogenes Licht erzeugt.
Bekannte Mikrolinsenanordnungen ermöglichen eine gute Farbmischung beispielsweise auch bei kleinen Beleuchtungsvorrichtungen mit gerichteter und/oder schmaler Lichtstärkeverteilung. Derartige Mikrolinsenanordnungen weisen in der Regel strukturierte Oberflächen auf, die Grenzflächen zur Umgebungsluft darstellen. Diese strukturierten Grenzflächen zur Umgebungsluft sind einerseits nur schwer zu reinigen und führen aufgrund des großen Unterschieds der Brechungsindizes von Luft und Mikrolinsenanordnung zu relativ hohen Fresnelverlusten, wodurch die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung abnimmt. Die Möglichkeit, die Beleuchtungsvorrichtungen zu reinigen, und die Effizienz sind jedoch wichtige Faktoren, bei der Überlegung, welche Beleuchtungsvorrichtungen für einen bestimmten Zweck verwendet werden sollen. Beispielsweise müssen in Gebäuden, in denen die Beleuchtung besonders wichtig ist, wie beispielsweise öffentlichen Gebäuden und/oder Museen und/oder Industriegebäuden, regelmäßig alle Beleuchtungsvorrichtungen gereinigt werden und die Effizienz einzelner Beleuchtungsvorrichtungen wirkt sich in Summe enorm aus.
Eine Mikrolinsenanordnung kann beispielsweise von einer Mikrolinsenplatte gebildet sein. Die Mikrolinsenplatte ist eine transparente Platte, die auf beiden Seiten mit kleinen Mikrolinsen bedeckt ist. Sie dient zum Mischen von Licht. Ordnet man eine solche Platte im Strahlengang hinter einem Kollimator an, der Licht einer Lichtquelle, beispielsweise eines LEDs aufweisenden Lightengine, mit verschiedenfarbig emittierenden LED-Chips, kollimiert, so wird in der Regel fast jede Mikrolinse auf der Lichteintrittsseite der Mikrolinsenplatte räumlich näherungsweise homogen beleuchtet. Das Problem besteht darin, dass die verschiedenfarbigen Lichtanteile beim Eintritt in die Mikrolinsenplatte verschiedene Richtungen aufweisen, weshalb die Lichtfarbe also stark winkelabhängig ist. Jeder Mikrolinse auf der Lichteintrittsseite steht eine ihr zugeordnete Mikrolinse auf der Lichtaustrittsseite gegenüber. Jede Mikrolinse der Lichteintrittsseite wirft das in diese Mikrolinse einfallende Licht auf die gegenüberliegende Mikrolinse der Lichtaustrittsseite. Diese Mikrolinse der Lichtaustrittsseite bildet die gegenüberstehende Mikrolinse der Lichteintrittsseite in das Fernfeld ab. Das bedeutet, dass die Austrittslinse auf einem weit vor der Optik angeordneten Schirm ein Bild der gegenüberliegenden Eintrittslinse erzeugen würde. Da die Farbverteilung auf der Eintrittslinse räumlich näherungsweise homogen ist, ist auch die auf dem Schirm von dieser Austrittslinse erzeugte Farbverteilung räumlich homogen. Auf diesem Schirm überlagern sich die von allen Mikrolinsen erzeugten Lichtverteilungen, und da jede davon in der Farbe räumlich in etwa homogen ist, ist auch die Überlagerung insgesamt homogen.
Bei einer herkömmlichen Mikrolinsenanordnung sind auf beiden Seiten einer Platte Mikrolinsen ausgebildet, die auf der Lichteintrittsseite so geformt sind, dass ihre Brennpunkte mit den Scheitelpunkten der Mikrolinsen der gegenüber liegenden Seite identisch sind. Gleichzeitig sind die Brennpunkte der Mikrolinsen der Lichtaustrittsseite mit den Scheitelpunkten der Mikrolinsen der Eintrittsseiten identisch. So wird erreicht, dass jede Eintrittslinse das einfallende Licht auf die gegenüberliegende Mikrolinse lenkt, solange der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und der Hauptachse der Optik nicht zu groß ist. Jede Austrittslinse bildet die gegenüberliegende Eintrittslinse in das Fernfeld ab. Nur das Licht, das beim Eintritt in die Mikrolinsenplatte einen nicht zu großen Winkel mit der optischen Achse einschließt, nimmt den oben beschriebenen erwünschten Lichtweg. Der Winkel, für den das Licht gerade noch wie oben beschrieben durch die Platte läuft, heißt Akzeptanzwinkel. Licht, das mit der optischen Achse einen Winkel einschließt, der größer als der Akzeptanzwinkel ist, trifft nicht in die der jeweiligen Eintrittslinse gegenüberstehende Austrittslinse, und nimmt deshalb einen unerwünschten Weg. Die Mikrolinsenplatten sind also regelmäßig so ausgebildet, dass sie einen hinreichend großen Akzeptanzwinkel aufweisen, so dass ein hinreichend großer Anteil des Lichtes den vorgesehenen Verlauf durch die Platte nimmt. Das bedeutet, je größer der Winkelbereich ist, der von der den Kollimator verlassenden Strahlung eingenommen wird, desto größer muss der Akzeptanzwinkel der Mikrolinsenplatte ausgelegt werden. Ein größerer Akzeptanzwinkel führt aber auch zu einem größeren Abstrahlwinkel des Lichtes nach Passieren der Mikrolinsenplatte.
DE 100 057 95 A1 zeigt einen steuerbaren Scheinwerfer, der ein Feld von n Einzellichtemittern und wenigstens ein vor jedem Einzellichtemitter angeordnetes verstellbares optisches Lichtlenkungselement zur Beeinflussung eines jeweiligen von dem zugeordneten Einzellichtemitter ausgesandten Lichtstrahls aufweist. Die Einzellichtemitter sind durch Leuchtdioden und die Lichtlenkungselemente durch mikrooptische Elemente realisiert. Der Scheinwerfer findet als Kraftfahrzeugscheinwerfer Verwendung.
DE 10 2006 043 402 A1 zeigt eine Beleuchtungseinheit mit einem Leuchtmittel und einem optischen Element, das eine dem Leuchtmittel zugewandte Strahlungseintrittsfläche und eine vom Leuchtmittel abgewandte Strahlungsaustrittsfläche aufweist. Das optische Element weist mindestens ein holografisches Element auf, das als Strahlformungselement für die von dem Leuchtmittel emittierte Strahlung ausgebildet ist.
DE 10 2009 047 882 A1 zeigt eine Beleuchtungsanordnung mit LEDs, einem Kollimator und einem Abdeckkörper. Der Kollimator und der Abdeckkörper können jeweils Mikrolinsen aufweisen. Der Kollimator und der Abdeckkörper können einstückig ausgebildet sein.
US 2011/0134648 A1 zeigt eine Beleuchtungsanordnung mit zwei oder drei Mikrolinsenstrukturen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die bei Verwendung einer Lichtquelle, die inhomogenes Licht erzeugt, homogenes Licht abstrahlt und die einfach herstellbar und/oder einfach zu reinigen ist und/oder die eine hohe Effizienz hat.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Beleuchtungsvorrichtung zum Bereitstellen von Licht bereitgestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle auf, die inhomogenes Licht erzeugt. Ein Kollimator kollimiert das inhomogene Licht. Eine Mikrolinsenschicht homogenisiert das kollimierte inhomogene Licht. Die Mikrolinsenschicht weist eine dem Kollimator zugewandte erste Seite der Mikrolinsenschicht und eine von dem Kollimator abgewandte zweite Seite der Mikrolinsenschicht auf. An der ersten Seite der Mikrolinsenschicht ist eine erste Mikrolinsenstruktur ausgebildet und an der zweiten Seite der Mikrolinsenschicht ist eine zweite Mikrolinsenstruktur ausgebildet. Auf der ersten Mikrolinsenstruktur ist eine erste Immersionsschicht angeordnet und auf der zweiten Mikrolinsenstruktur ist eine zweite Immersionsschicht angeordnet.
Die Mikrolinsenschicht mit der entsprechenden Immersionsschicht mischt das inhomogene Licht der Lichtquelle auf besonders effiziente Weise. Eine Seite der Immersionsschicht bedeckt die strukturierte Oberfläche der entsprechenden Mikrolinsenstruktur, wodurch ein Unterschied eines Brechungsindex beim Übergang von der Immersionsschicht in die Mikrolinsenschicht oder umgekehrt verringert wird gegenüber einem Unterschied des Brechungsindex beim Übergang von Luft in die Mikrolinsenschicht oder umgekehrt. Dadurch werden die Fresnelverluste verringert und die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung verbessert. Der Brechungsindex der Immersionsschichten kann beispielsweise geringer sein als der Brechungsindex der entsprechenden Mikrolinsenschicht. Eine von der Mikrolinsenschicht abgewandte Seite des Immersionsmediums kann unstrukturiert, beispielsweise im Wesentlichen glatt, sein, wodurch die entsprechende Oberfläche einfach zu reinigen ist, insbesondere einfacher, als die herkömmliche Mikrolinsenstruktur ohne Immersionsmedium.
Dass die Lichtquelle inhomogenes Licht erzeugt, kann beispielsweise bedeuten, dass die Lichtquelle das Licht inhomogen abstrahlt, beispielsweise mit einer ungleichmäßigen spezifischen Lichtausstrahlung und/oder einer ungleichmäßigen Lichtstärkeverteilung, und/oder dass die Lichtquelle in unterschiedlichen Bereichen Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlt, beispielsweise mittels mehrerer LEDs. Der Kollimator ist in Strahlengängen des erzeugten inhomogenen Lichts angeordnet. Der Kollimator weist eine erste Seite des Kollimators, der der Lichtquelle zugewandt ist, und eine zweite Seite des Kollimators, die von der Lichtquelle abgewandt ist und der Mikrolinsenschicht zugewandt ist, auf. Eine ungleichmäßige spezifische Lichtausstrahlung der Lichtquelle kann nach dem Durchgang durch den Kollimator eine ungleichmäßige Lichtstärkeverteilung erzeugen. Die Immersionsschicht weist eine dem Kollimator zugewandte erste Seite der Immersionsschicht und eine von dem Kollimator abgewandte zweite Seite der Immersionsschicht auf. Die Mikrolinsenschicht und die Immersionsschicht sind in Strahlengängen des kollimierten Lichts angeordnet. Die Mikrolinsenstruktur der Mikrolinsenschicht ist beispielsweise in die Immersionsschicht eingebettet.
Die erste Seite der Mikrolinsenschicht weist die erste Mikrolinsenstruktur und die zweite Seite der Mikrolinsenschicht weist die zweite Mikrolinsenstruktur auf. Die erste Mikrolinsenstruktur ist der zweiten Seite des Kollimators zugewandt und die zweite Mikrolinsenstruktur ist von dem Kollimator abgewandt. Die erste Immersionsschicht ist auf der ersten Mikrolinsenstruktur ausgebildet. Beispielsweise kann der Kollimator über die Immersionsschicht körperlich und optisch mit der Mikrolinsenschicht gekoppelt sein. Dies kann dazu beitragen, einen Unterschied der Brechungsindizes beim Übergang vom Kollimator zu der Mikrolinsenschicht zu verringern verglichen mit einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, bei der zwischen dem Kollimator und der Mikrolinsenschicht Luft ist. Dies kann dazu beitragen, Fresnelverluste zu verringern und die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung zu erhöhen. Zusätzlich ist die zweite Immersionsschicht auf der zweiten Mikrolinsenstruktur ausgebildet. Falls eine von der Mikrolinsenschicht abgewandte Seite der zweiten Immersionsschicht glatt ausgebildet ist, so kann dies dazu beitragen, dass die Beleuchtungsvorrichtung einfach zu reinigen ist. Die Grenzfläche zwischen der Mikrolinsenschicht und der entsprechenden Immersionsschicht übernimmt die Aufgabe und Funktion der Lichteintrittsseite bzw. der Lichtaustrittsseite einer herkömmlichen Mikrolinsenanordnung.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen die Mikrolinsenstrukturen jeweils eine Mehrzahl von Mikrolinsen auf. Jeder Mikrolinse der ersten Mikrolinsenstruktur ist eine Mikrolinse der zweiten Mikrolinsenstruktur zugeordnet. Einander zugeordnete Mikrolinsen sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass ein Brennpunkt der einen Mikrolinse einem Scheitelpunkt der anderen Mikrolinse entspricht. In anderen Worten weist die erste Mikrolinsenstruktur eine Mehrzahl erster Mikrolinsen auf und die zweite Mikrolinsenstruktur weist eine Mehrzahl zweiter Mikrolinsen auf. Jeder ersten Mikrolinse ist eine zweite Mikrolinse zugeordnet. Die ersten und die ihr zugeordneten zweiten Mikrolinsen sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass die Brennpunkte der ersten Mikrolinsen den Scheitelpunkten der entsprechenden zweiten Mikrolinse entsprechen. Beispielsweise können Paare einander zugeordneter Linsen als Köhlerlinsen ausgebildet sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Mikrolinsenstruktur in die erste Immersionsschicht eingebettet und die zweite Mikrolinsenstruktur ist in der zweiten Immersionsschicht eingebettet. Dies ermöglicht die verlustarme Kopplung der Mikrolinsenschicht einerseits mit dem Kollimator und andererseits gegebenenfalls mit einem Abdeckkörper und/oder das einfache Reinigen der Beleuchtungsvorrichtung.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist auf einer von der Mikrolinsenschicht abgewandten Seite der zweiten Immersionsschicht ist der Abdeckkörper, insbesondere ein erster Abdeckkörper, angeordnet. Der erste Abdeckkörper kann beispielsweise zum Schutz der zweiten Immersionsschicht und/oder der Mikrolinsenschicht dienen. Ferner kann der erste Abdeckkörper als optisch funktioneller Körper ausgebildet sein oder als Träger für eine optisch funktionelle Schicht dienen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist auf dem ersten Abdeckkörper eine optisch funktionelle Schicht ausgebildet. Die optisch funktionelle Schicht kann beispielsweise eine Anti-Reflex-Schicht zum Reduzieren von Reflexionen in Richtung zurück zu der Lichtquelle, eine Streuschicht zum Streuen und damit weiteren Homogenisieren des homogenisierten Lichts und/oder als Konversionsschicht zum Konvertieren des homogenisierten Lichts bezüglich seiner Wellenlänge sein. Die optisch funktionelle Schicht kann beispielsweise zwischen der zweiten Immersionsschicht und dem ersten Abdeckkörper und/oder auf einer von der Immersionsschicht abgewandten Seite des ersten Abdeckkörpers ausgebildet sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Abdeckkörper so ausgebildet, dass er das homogenisierte Licht streut. Somit dient der erste Abdeckkörper als optisch funktioneller Körper und mischt das bereits homogenisierte Licht weiter. Der erste Abdeckkörper kann beispielsweise als Volumenstreuer ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Seite des ersten Abdeckkörpers matt erscheinend ausgebildet, beispielsweise aufgeraut sein, wobei dann beispielsweise die matte Seite der Immersionsschicht zugewandt ist.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Abdeckkörper so strukturiert, dass er eine vorgegebene Lichtstärkeverteilung erzeugt. Beispielsweise ist eine Seite des ersten Abdeckkörpers strukturiert, beispielsweise die der Immersionsschicht zugewandte Seite des ersten Abdeckkörpers. Alternativ dazu können beide Seiten des ersten Abdeckkörpers strukturiert sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Abdeckkörper von einer ersten Linse gebildet. Der erste Abdeckkörper dient somit als optisch funktioneller Körper, beispielsweise zum Fokussieren des homogenisierten Lichts.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist zwischen der Lichtquelle und der Mikrolinsenanordnung eine zweite Linse angeordnet. Die zweite Linse kann beispielsweise als Kollimator wirken und/oder einen Teil des Kollimators bilden. Alternativ dazu kann der Kollimator von der zweiten Linse gebildet sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Kollimator die zweite Linse auf.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Kollimator als zweite Linse eine TIR-Linse auf. Die TIR-Linse kann beispielsweise auf ihrer der Mikrolinsenschicht zugewandten Seite eben und/oder flach ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die TIR-Linse auf ihrer der Mikrolinsenschicht zugewandten Seite körperlich mit der ersten Immersionsschicht gekoppelt und/oder in diese eingebettet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die TIR-Linse auf ihrer der Mikrolinsenschicht zugewandten Seite über die erste Immersionsschicht körperlich mit der Mikrolinsenschicht verbunden sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Mikrolinsenschicht eine dritte Mikrolinsenstruktur auf, die in der Mikrolinsenschicht zwischen der ersten und der zweiten Mikrolinsenstruktur ausgebildet ist. In anderen Worten kann die Mikrolinsenschicht drei optisch aktive Flächen, insbesondere Grenzflächen, aufweisen. Beispielsweise kann die erste Mikrolinsenstruktur wie die Eintrittslinsen einer herkömmlichen Mikrolinsenplatte geformt sein. Die Funktion der Austrittslinsen der herkömmlichen Mikrolinsenplatte kann von einer eingebetteten, zweiseitigen Mikrolinsenplatte, nämlich der dritten und der zweiten Mikrolinsenstruktur übernommen werden. Es ist dann nur ein geringerer Unterschied des Brechungsindex zwischen den verwendeten Materialien erforderlich, weil eine Grenzfläche mehr, insbesondere die Grenzfläche, von der die dritte Mikrolinsenstruktur gebildet ist, zur Verfügung steht.
Bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Mikrolinsenschicht und der Kollimator einstückig ausgebildet. Beispielsweise kann die zweite Mikrolinsenstruktur eine Lichtaustrittsgrenzfläche des Kollimators bilden. Beispielsweise bildet die zweite Mikrolinsenstruktur eine Lichtaustrittsgrenzfläche der TIR-Linse.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen die Lichtquelle mindestens eine LED und/oder die Mikrolinsenanordnung Polycarbonat und/oder das Immersionsmedium Silikon auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
2 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
3 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
4 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
5A ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
5B ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
6 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
7 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
8 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
9 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
10 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
11 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung;
12 ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Mikrolinsenschicht und einer Immersionsschicht;
13 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle;
14 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle;
15 ein Beispiel eines ohne Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtflecks auf einer Wand;
16 ein Beispiel eines mittels einer Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtflecks auf einer Wand;
17 ein Beispiel einer ohne Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtstärkeverteilung;
18 ein Beispiel einer mittels einer Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtstärkeverteilung;
19 ein Beispiel einer mittels einer Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtstärkeverteilung;
20 ein Beispiel einer mittels einer Mikrolinsenschicht erzeugten Lichtstärkeverteilung.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Ein lichtemittierendes Bauelement kann beispielsweise als lichtemittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische lichtemittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als lichtemittierender Transistor oder als organischer lichtemittierender Transistor ausgebildet sein. Das lichtemittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein.
Weiterhin kann eine Mehrzahl von lichtemittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse. Das lichtemittierende Bauelement kann beispielsweise einen LED-Chip, ein LED-Die, eine LED-Anordnung (LED-Array), eine LED-Light-Engine und/oder ein LED-Modul aufweisen.
1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, das zum Erläutern der nachfolgend beschriebenen Erfindung dient, zum Bereitstellen von Licht. Die Beleuchtungsvorrichtung 10 weist eine Lichtquelle 12 auf. Die Lichtquelle 12 erzeugt inhomogenes Licht 14. Dass die Lichtquelle 12 inhomogenes Licht 14 erzeugt, kann bedeuten, dass das inhomogene Licht 14 von der Lichtquelle 12 inhomogen abgestrahlt wird. Beispielsweise kann das inhomogene Licht 14 eine inhomogene spezifische Lichtausstrahlung und/oder eine inhomogene Lichtstärkeverteilung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das inhomogene Licht 14 eine inhomogene Farbverteilung aufweisen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 12 einen, zwei oder mehr Bereiche aufweisen, die Licht einer Farbe emittieren, und die Lichtquelle 12 kann einen, zwei oder mehr andere Bereiche aufweisen, die Licht einer anderen Farbe emittieren.
Die Beleuchtungsvorrichtung 10 weist einen Kollimator 16 auf, der in Strahlengängen des inhomogenen Lichts 14 angeordnet ist, und der das inhomogene Licht 14 kollimiert. Aus dem Kollimator 16 tritt inhomogenes kollimiertes Licht 18 aus. Falls die Lichtquelle 12 Licht mit einer inhomogenen spezifischen Lichtausstrahlung erzeugt, so kann das Licht nach Durchgang durch den Kollimator 16 eine ungleichmäßige Lichtstärkeverteilung aufweisen. Der Kollimator 16 kann eine TIR-Linse, einen Cassegrain-artigen Kollimator oder einen Kollimator nach Art eines CPC (Compound Parabolic Concentrator) aufweisen.
Die Beleuchtungsvorrichtung 10 weist eine Mikrolinsenschicht 20 auf, die an mindestens einer ihrer Seiten eine Mikrolinsenstruktur aufweist. Der Kollimator 16 ist zwischen der Mikrolinsenschicht 20 und der Lichtquelle 12 angeordnet. Die Mikrolinsenschicht 20 ist in Strahlengängen des kollimierten inhomogenen Lichts 18 angeordnet. Die Mikrolinsenschicht 20 weist an ihrer ersten dem Kollimator 16 zugewandten Seite eine erste Mikrolinsenstruktur 22 auf. Die erste Mikrolinsenstruktur 22 weist eine Mehrzahl erster Mikrolinsen 24 auf. Die ersten Mikrolinsen 24 sind in 1 in Schnittdarstellung dargestellt. Die ersten Mikrolinsen 24 mischen und homogenisieren das inhomogene kollimierte Licht 18, so dass homogenes Licht 28 die Mikrolinsenschicht 20 verlasst.
Die erste Mikrolinsenstruktur 22 ist in eine Immersionsschicht, insbesondere in eine erste Immersionsschicht 26, eingebettet. Die erste Immersionsschicht 26 ist direkt körperlich auf der Mikrolinsenschicht 20 ausgebildet. Die erste Immersionsschicht 26 ist in Strahlengängen des kollimierten inhomogenen Lichts 18 angeordnet. Die erste Immersionsschicht 26 ist zwischen dem Kollimator 16 und der Mikrolinsenschicht 20 angeordnet. Die ersten Mikrolinsen 24 und die Zwischenräume zwischen benachbarten ersten Mikrolinsen 24 sind von der ersten Immersionsschicht 26 bedeckt. Die erste Immersionsschicht 26 kann auf ihrer dem Kollimator 16 zugewandten ersten Seite unstrukturiert und/oder glatt ausgebildet sein.
Die Lichtquelle 12 kann ein, zwei oder mehr lichtemittierende Bauelemente aufweisen. Die lichtemittierenden Bauelemente können Licht gleicher oder unterschiedlicher Farbe und/oder Intensität emittieren.
Die Mikrolinsenschicht 20 kann von einer Mikrolinsenplatte gebildet sein und/oder PMMA und/oder Polycarbonat aufweisen. Die erste Immersionsschicht 26 kann Silikon oder eine Immersionsflüssigkeit aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Silikon kann die erste Immersionsschicht 26 einen Haftvermittler, beispielsweise ein Haftmittel und/oder Klebstoff, aufweisen. Die ersten Mikrolinsen 24 können beispielsweise jeweils einen Durchmesser in einem Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, beispielsweise von 1 mm bis 5 mm, beispielsweise ungefähr 3 mm, aufweisen. Die Krümmungen der ersten Mikrolinsen 24 können gegenüber den Krümmungen der Mikrolinsen einer Mikrolinsenplatte ohne Immersionsschicht größer gewählt werden.
Ein Unterschied der Brechungsindizes des Materials der Mikrolinsenschicht 20 und der ersten Immersionsschicht 26 kann beispielsweise als „geeignet” bezeichnet werden, wenn er groß genug für eine ausreichende Brechkraft ist und wenn er so klein ist, dass die Fresnelreflexe gering sind. Ein geeigneter Brechungsindexunterschied kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,4, beispielsweise zwischen 0,1 und 0,3, beispielsweise zwischen 0,15 und 0,25 liegen. Beispielsweise kann der Brechungsindex der Mikrolinsenschicht 20 in einem Bereich liegen von 1,5 bis 1,9, beispielsweise von 1,55 bis 1,8. Beispielweise kann die Mikrolinsenschicht 20 Polycarbonat aufweisen und einen Brechungsindex von 1,59 haben. Beispielsweise kann der Brechungsindex der ersten Immersionsschicht 26 in einem Bereich liegen von 1,2 bis 1,6, beispielsweise von 1,3 bis 1,5. Beispielweise kann die erste Immersionsschicht 26 Silikon aufweisen und einen Brechungsindex von 1,41 haben. Der geeignete Unterschied der Brechungsindizes trägt dazu bei, dass die Fresnelverluste beim Durchgang des Lichts beim Übergang von der ersten Immersionsschicht 26 in die Mikrolinsenschicht 20 möglichst gering sind und die Beleuchtungsvorrichtung 10 möglichst effizient ist.
2 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtung 10 entsprechen kann, wobei das Beispiel zum Erläutern der nachfolgend beschriebenen Erfindung dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Mikrolinsenschicht 20 eine zweite Mikrolinsenstruktur 32 auf, die auf einer zweiten Seite der Mikrolinsenschicht 20 ausgebildet ist, die von dem Kollimator 16 abgewandt ist. Die zweite Mikrolinsenschicht 32 weist eine Mehrzahl von zweiten Mikrolinsen 34 auf. Die zweite Mikrolinsenstruktur 32 und/oder die zweiten Mikrolinsen 34 können gemäß der ersten Mikrolinsenstruktur 22 bzw. der ersten Mikrolinsen 24 ausgebildet sein.
Als Immersionsschicht ist eine zweite Immersionsschicht 36 ausgebildet, in die die zweite Mikrolinsenstruktur 32 eingebettet ist. Somit bedeckt die zweite Immersionsschicht 36 die zweiten Mikrolinsen 34 und ist in körperlichem Kontakt mit diesen. Die zweite Immersionsschicht 36 kann beispielsweise gemäß der ersten Immersionsschicht 26 ausgebildet sein. Die zweite Immersionsschicht 22 kann auf ihrer von der Mikrolinsenschicht 20 abgewandten zweiten Seite unstrukturiert und/oder glatt ausgebildet sein. Dies kann dazu beitragen, dass die Beleuchtungsvorrichtung 10 einfach zu reinigen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Immersionsschicht 36 als Schutzschicht für die Beleuchtungsvorrichtung 10 dienen.
Der geeignete Unterschied der Brechungsindizes des Materials der Mikrolinsenschicht 20 und der zweiten Immersionsschicht 36 trägt dazu bei, dass die Fresnelverluste beim Durchgang des Lichts beim Übergang von der Mikrolinsenschicht 20 in die zweite Immersionsschicht 36 möglichst gering sind und die Beleuchtungsvorrichtung 10 möglichst effizient ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Mikrolinsenschicht 20 auf, die die erste Mikrolinsenstruktur 22 und die zweite Mikrolinsenstruktur 32 aufweist. Die erste Mikrolinsenstruktur 22 ist in die erste Immersionsschicht 26 eingebettet und die zweite Mikrolinsenstruktur 32 ist in die zweite Immersionsschicht 36 eingebettet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die beispielsweise weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine dritte Mikrolinsenstruktur 42 auf, die zwischen der zweiten Mikrolinsenstruktur 32 und der ersten Mikrolinsenstruktur 22 ausgebildet ist. Die dritte Mikrolinsenstruktur 42 weist eine Mehrzahl dritter Mikrolinsen auf.
Die Mikrolinsenschicht 20 kann beispielsweise als Verbundkörper ausgebildet sein. Die Mikrolinsenschicht 20 kann einen ersten Bereich 40 aufweisen, der zwischen der ersten Mikrolinsenstruktur 22 und der dritten Mikrolinsenstruktur 42 ausgebildet ist. Ferner kann die Mikrolinsenschicht 20 einen zweiten Bereich 43 aufweisen, der auf einer von dem ersten Bereich 40 abgewandten Seite der zweiten Mikrolinsenstruktur 32 ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Bereich 40 und dem zweiten Bereich 43 ist ein Zwischenbereich ausgebildet. Der Zwischenbereich ist von der dritten und der zweiten Mikrolinsenstruktur 42, 32 begrenzt.
In anderen Worten haben der erste Bereich 40 und der Zwischenbereich eine gemeinsame Grenzfläche, nämlich die dritte Mikrolinsenstruktur 22. Die dritte Mikrolinsenstruktur 42 ist von einer Anordnung dritter Mikrolinsen geformt. Auch der zweite Bereich 43 und der Zwischenbereich haben eine gemeinsame Grenzfläche, nämlich die zweite Mikrolinsenstruktur 32. Die zweite Mikrolinsenstruktur 32 ist von einer Anordnung zweiter Mikrolinsen 34 geformt. Der erste Bereich 40 hat eine von dem Zwischenbereich abgewandte Grenzfläche, nämlich die erste Mikrolinsenstruktur 22.
Der zweite Bereich 43 kann bezüglich seiner Form und Anordnung beispielsweise gemäß der zweiten Immersionsschicht 36 ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann der zweite Bereich 43 als zweite Immersionsschicht 36 dienen und/oder als zweite Immersionsschicht 36 bezeichnet werden.
Das Material des ersten Bereichs 40 und/oder des dritten Bereichs 43 kann einen geringeren Brechungsindex aufweisen als der Zwischenbereich. Allgemein können der erste Bereich 40, der zweite Bereich 43 und/oder der Zwischenbereich Kunststoff, Glas und/oder Silikon aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise können der erste Bereich 40 und/oder der zweite Bereich 43 PMMA aufweisen oder daraus gebildet sein und der Zwischenbereich kann beispielsweise Polycarbonat oder Glas aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann die erste Immersionsschicht 26 angeordnet sein
Jede der ersten Mikrolinsen 24 richtet vom Kollimator her kommendes und in die entsprechenden ersten Mikrolinsen 24 einfallendes Licht auf eine der dritten Mikrolinsen. Die dritten Mikrolinsen bilden gemeinsam mit den zweiten Mikrolinsen 34 die entsprechenden ersten Mikrolinsen 24 in das Fernfeld ab. Da diese Abbildung durch zwei Mikrolinsen vermittelt wird, anstatt, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, durch eine Mikrolinse, können die Brechungsindexunterschiede zwischen dem Zwischenbereich und den angrenzenden Bereichen 40, 43 geringer sein als die Brechungsindexunterschiede in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Die Mikrolinsen bilden Köhler-Mischoptiken.
Alternativ dazu ist es möglich, dass nicht durch jede der ersten Mikrolinsen 24 Licht mit dem beschriebenen Verlauf hindurch tritt, sondern dass nur ein Teil der ersten Mikrolinsen 24 auf die beschriebene Art funktioniert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn einige der ersten Mikrolinsen 24 durch eine mechanische Halterung o. Ä. abgedeckt werden und deshalb kein Licht vom Kollimator erhalten.
5A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann, beispielsweise der mit Bezug zu 3 erläuterten Beleuchtungsvorrichtung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Immersionsschicht 26 direkt körperlich mit dem Kollimator 16 gekoppelt. Beispielsweise kann die Mikrolinsenschicht 20 mittels der ersten Immersionsschicht 26 an dem Kollimator 16 fest geklebt sein. Das direkte körperliche Koppeln der ersten Immersionsschicht 26 mit dem Kollimator 16 bewirkt, dass das inhomogene kollimierte Licht 18 vor Eintritt in die erste Immersionsschicht 26 nicht durch die Luft verläuft, wodurch Fresnelverluste verringert und die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung 10 verbessert werden können.
Alternativ oder zusätzlich können auch bei den Beleuchtungsvorrichtungen 10 gemäß den 1 bis 4 die erste Immersionsschicht 26 bzw. die Mikrolinsenschicht 20 direkt körperlich mit dem Kollimator 16 gekoppelt sein.
5B zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispieleiner Beleuchtungsvorrichtung 10, die beispielsweise weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann, beispielsweise der mit Bezug zu 3 oder 5A erläuterten Beleuchtungsvorrichtung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung 10 zwar die erste und die zweite Mikrolinsenstruktur 22, 32, jedoch lediglich die zweite Immersionsschicht 36 auf. Die ersten Mikrolinsen 24 können anders ausgebildet sein als die zweiten Mikrolinsen 34. Beispielsweise können die ersten Mikrolinsen 24 eine kleinere Krümmung aufweisen als die zweiten Mikrolinsen 34, beispielsweise aufgrund des geringeren Unterschieds der Brechungsindizes beim Übergang von der Mikrolinsenschicht 20 in die zweite Immersionsschicht 36 als beim Übergang von Luft in die Mikrolinsenschicht 20.
6 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispieleiner Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Mikrolinsenschicht 20 die zweite Mikrolinsenstruktur 32 auf und ist direkt körperlich mit dem Kollimator 16 gekoppelt. Auf einer von der Mikrolinsenschicht 20 abgewandten Seite der zweiten Immersionsschicht 36 ist ein erster Abdeckkörper 44 angeordnet. Der erste Abdeckkörper 44 kann mittels der zweiten Immersionsschicht 36 an der Mikrolinsenschicht 20 festgelegt sein. Der erste Abdeckkörper 44 kann zum Schutz der Mikrolinsenschicht 20 und/oder zum Übernehmen einer, zweier oder mehr optischer Funktionen dienen. Der erste Abdeckkörper 44 kann beispielsweise Glas, beispielsweise ein Abdeckglas und/oder ein Schutzglas, aufweisen.
Optional kann der erste Abdeckkörper 44 mit einer optisch funktionellen Schicht 46 gekoppelt sein. Die optisch funktionelle Schicht 46 ist auf einer von der zweiten Immersionsschicht 36 abgewandten Seite des ersten Abdeckkörpers 44 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die optisch funktionelle Schicht 46 auf einer der zweiten Immersionsschicht 36 zugewandten Seite des ersten Abdeckkörpers 44 ausgebildet oder in dem ersten Abdeckkörper 44 eingebettet sein. Die optisch funktionelle Schicht 46 kann beispielsweise eine Schicht zum Vorgeben einer bestimmten Lichtstärkeverteilung, zum Fokussieren und/oder Defokussieren von Licht sein und/oder als Antireflexschicht dienen. Alternativ oder zusätzlich kann die optisch funktionelle Schicht 46 auch unabhängig von dem ersten Abdeckkörper 44 ausgebildet sein, beispielsweise auf dem Kollimator 16 und/oder der Mikrolinsenschicht 20.
Der erste Abdeckkörper 44 und/oder die optisch funktionelle Schicht 46 können auch bei einer, zwei oder mehr der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 angeordnet sein.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung 10 einen zweiten Abdeckkörper 48 auf, der zwischen der ersten Immersionsschicht 26 und dem Kollimator ausgebildet ist. Der zweite Abdeckkörper 48 kann gemäß dem ersten Abdeckkörper 44 ausgebildet sein. Ferner kann die optisch funktionelle Schicht 46 auf dem zweiten Abdeckkörper 48 ausgebildet sein. Der zweite Abdeckkörper 48 kann mittels der ersten Immersionsschicht 26 an der Mikrolinsenschicht 20 befestigt sein.
8 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispieleiner Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 10 ist der erste Abdeckkörper 44 als optisch funktioneller Körper ausgebildet, insbesondere als Linse. Der erste Abdeckkörper 44 dient bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, eine gewünschte Lichtstärkeverteilung zu erzeugen, beispielsweise kann ein Lichtbündel des homogenisierten Lichts 28 aufgeweitet oder fokussiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Abdeckkörper 44 eine vorgegebene Struktur aufweisen, mittels der eine vorgegebene Lichtstärkeverteilung erzeugt werden kann.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kollimator 16 als TIR(Total Internal Reflection)-Linse ausgebildet. Der Kollimator 16 weist eine Ausnehmung 45 auf, in die die Lichtquelle 12 das inhomogene Licht 14 abstrahlt. Das inhomogene Licht 14 tritt durch die Wandung der Ausnehmung 45 in das Material des Kollimators 16 ein und wird an der Innenseite der Außenwandung des Kollimators 16 intern reflektiert. Die Lichtquelle 12 kann ganz oder teilweise in der Ausnehmung 45 angeordnet sein. Der Kollimator 16 ist in direktem körperlichem Kontakt mit der ersten Immersionsschicht 26 angeordnet.
Alternativ dazu kann der Kollimator 16 beispielsweise als Trichterlinse, als Cassegrain-artiger Kollimator und/oder gemäß einem CPC ausgebildet sein.
Optional kann auch bei den im Vorhergehenden erläuterten Ausführungsbeispielen der Kollimator 16 als TIR-Linse, Trichterlinse, als Cassegrain-artiger Kollimator und/oder gemäß einem CPC ausgebildet sein.
10 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispieleiner Beleuchtungsvorrichtung 10, die beispielsweise weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Mikrolinsenschicht 20 und der Kollimator 16 einstückig ausgebildet. In anderen Worten ist die Mikrolinsenschicht 20 mit den zweiten Mikrolinsen 34 und der zweiten Mikrolinsenstruktur 32 auf einer von der Lichtquelle 12 abgewandten zweiten Seite des Kollimators 16 ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, Fresnelverluste des Lichts beim Übergang vom Kollimator in die Mikrolinsenschicht 20 zu verhindern.
11 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispieleiner Beleuchtungsvorrichtung 10, die weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 entsprechen kann, beispielsweise der mit Bezug zu 5B erläuterten Beleuchtungsvorrichtung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung 10 zwar die erste und die zweite Mikrolinsenstruktur 22, 32, jedoch lediglich die erste Immersionsschicht 26 auf. Die ersten Mikrolinsen 24 können anders ausgebildet sein als die zweiten Mikrolinsen 34. Beispielsweise können die ersten Mikrolinsen 24 eine größere Krümmung aufweisen als die zweiten Mikrolinsen 34, beispielsweise aufgrund des geringeren Unterschieds der Brechungsindizes beim Übergang von der ersten Immersionsschicht 26 in die Mikrolinsenschicht 20 als beim Übergang von der Mikrolinsenschicht 20 in Luft.
12 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel der Mikrolinsenschicht 20 und der zweiten Immersionsschicht 36 im Detail. Die Mikrolinsenschicht 20 weist ähnlich wie bei der in 5B gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 10 die erste und die zweite Mikrolinsenstruktur 22, 32, jedoch nur die zweite Immersionsschicht 36 auf. Die Krümmung der zweiten Mikrolinsen 34 kann beispielsweise größer sein als die Krümmung der ersten Mikrolinsen 24. Dies liegt daran, dass ein Unterschied eines Brechungsindex zwischen Luft und der Mikrolinsenschicht 20 auf der Lichteintrittsseite der Mikrolinsenschicht 20 größer ist als zwischen der Mikrolinsenschicht 20 und der zweiten Immersionsschicht 36 auf der Lichtaustrittseite der Mikrolinsenschicht 20.
Beispielsweise kann jede erste Mikrolinse 24 genau einer gegenüberliegenden zweiten Mikrolinse 34 zugeordnet sein. Die ersten Mikrolinsen 24 können beispielsweise so ausgebildet und zu den zweiten Mikrolinsen 34 angeordnet sein, dass Brennpunkte der ersten Mikrolinsen 24 in Scheitelpunkten 52 der zweiten Mikrolinsen 34 liegen. Zwei einander zugeordnete Mikrolinsen 24, 34 sind dann so ausgebildet, dass der Brennpunkt der entsprechenden ersten Mikrolinse 24 im Scheitelpunkt 52 der entsprechenden zweiten Mikrolinse 34 liegt. Dies bewirkt beispielsweise, dass das kollimierte inhomogene Licht 18, das in die entsprechende erste Mikrolinse eintritt, auf die zweite Mikrolinse 34 fokussiert wird. Alternativ oder zusätzlich können zwei einander zugeordnete Mikrolinsen 24, 34 so ausgebildet sein, dass der Brennpunkt der entsprechenden zweiten Mikrolinse 34 in einem Scheitelpunkt der entsprechenden ersten Mikrolinse 24 liegt. In diesem Zusammenhang können zwei einander zugeordnete Mikrolinsen 24, 34 beispielsweise als Köhlerlinse ausgebildet sein.
13 zeigt eine Draufsicht auf die Lichtquelle 12 im Detail. Die Lichtquelle 12 kann weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Lichtquellen 12 entsprechen. Die Lichtquelle 12 kann eine LED-Light-Engine sein und/oder als LED-Light-Engine bezeichnet werden. Die Lichtquelle 12 weist ein erstes lichtemittierendes Bauelement 60, ein zweites lichtemittierendes Bauelement 62 und ein drittes lichtemittierendes Bauelement 64 auf. Die lichtemittierenden Bauelemente 60, 62, 64 können Licht gleicher oder unterschiedlicher Farbe und/oder Intensität erzeugen. Beispielsweise kann das erste lichtemittierende Bauelement 60 rotes Licht erzeugen, das zweite lichtemittierende Bauelement 62 kann grünes Licht erzeugen und das dritte lichtemittierende Bauelement 64 kann blaues Licht erzeugen. Optional kann die Oberfläche der Lichtquelle 12 außerhalb der lichtemittierenden Bauelemente 60, 62, 64, beispielsweise auch zwischen den lichtemittierenden Bauelementen 60, 62, 64, reflektierend, beispielsweise stark reflektierend, und/oder beispielsweise weiß ausgebildet sein. Dies kann dazu beitragen, Licht, das beispielsweise von dem Kollimator 16 und/oder der Mikrolinsenstruktur 20 zurück zu der Lichtquelle 12 reflektiert wird, beispielsweise aufgrund von Fresnel-Effekten, erneut in Richtung des Kollimators 16 bzw. der Mikrolinsenschicht 20 zurück reflektiert wird und auf diese Weise recycelt wird. Dies kann dazu beitragen, insgesamt die Verluste der Beleuchtungsvorrichtung 10 zu verringern und die Effizienz zu steigern. Insbesondere kann auch ein Anteil des Lichts, der ansonsten aufgrund von Fresnelverlusten nicht nutzbar gewesen wäre, recycelt werden.
Optional können die lichtemittierenden Bauelemente 60, 62, 64 in ein Vergussmaterial eingebettet und/oder mittels des Vergussmaterials bedeckt werden. Das Vergussmaterial kann beispielsweise Silikon aufweisen. Das Silikon kann beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Leuchtstoffe aufweisen. Beispielsweise kann das Vergussmaterial als Trägermasse Silikon aufweisen, das mit Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Leuchtstoffen gefüllt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Vergussmaterial mit einer Schicht beschichtet sein, die Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Leuchtstoffe aufweist. Die Leuchtstoffe dienen zum Konvertieren von Licht bezüglich seiner Wellenlänge.
14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 12 in Draufsicht im Detail. Die Lichtquelle 12 kann weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten Lichtquellen 12 entsprechen. Die Lichtquelle 12 weist die ersten und dritten lichtemittierenden Bauelemente 60, 64 und zusätzlich vierte lichtemittierende Bauelemente 66 auf, die beispielsweise weißes Licht emittieren. Die Zwischenräume und/oder die übrige Oberfläche der Lichtquelle 12 kann entsprechend 13 reflektierend ausgebildet sein.
15 zeigt einen Lichtfleck 70, der mittels einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung erzeugt wird, die inhomogenes Licht bereitstellt, auf einer Oberfläche einer Wand oder eines Schirms. Der Lichtfleck 70 kann beispielsweise mittels einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung erzeugt werden, die die Lichtquelle 12 und einen Kollimator aufweist, die jedoch keine Mikrolinsenschicht 20 aufweist. Der Lichtfleck 70 weist einen ersten Bereich 72 und zwei zweite Bereiche 74 auf. Der erste Bereich 72 weist eine andere Farbe auf als die zweiten Bereiche 74 und als der Lichtfleck 70 außerhalb des ersten und der zweiten Bereiche 72, 74. Die zweiten Bereiche 74 weisen eine andere Farbe auf als der Lichtfleck 70 außerhalb des ersten und der zweiten Bereiche 72, 74. Der erste und die zweiten Bereiche 72, 74 sind repräsentativ für die inhomogene Farbverteilung des Lichts innerhalb des Lichtflecks 70. Beispielsweise kann die Oberfläche zu der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung einen Abstand haben in einem Bereich von 1 m bis 10 m, beispielsweise ungefähr 3 m.
16 zeigt ein Beispiel des Lichtflecks 70, der beispielsweise mittels einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 erzeugt wird, die die Lichtquelle 12 und die die Mikrolinsenschicht 20 aufweist. Bei diesem Beispiel weist der Lichtfleck 70 keine Inhomogenitäten auf. In anderen Worten wird der Lichtfleck 70 bei diesem Beispiel mittels homogenem bzw. homogenisiertem Licht erzeugt.
17 zeigt ein Beispiel eines Diagramms, das die Lichtstärkeverteilung, insbesondere die Lichtstärke in Abhängigkeit der Winkel, in die das Licht abgestrahlt wird, darstellt. Die Lichtstärkeverteilung gemäß 17 kann mit einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung erzielt werden, die beispielsweise die Lichtquelle 12 und einen Kollimator jedoch keine Mikrolinsenschicht 20 aufweist. Aus dem Diagramm geht hervor, dass die Lichtstärkeverteilung in einem Betriebsbereich von –10° bis +10° inhomogen ist.
18 zeigt ein Beispiel eines Diagramms, das die Lichtstärkeverteilung, insbesondere die Lichtstärke in Abhängigkeit der Winkel, in die das Licht abgestrahlt wird, darstellt. Das Diagramm kann mittels einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 mit der Lichtquelle 12 und der Mikrolinsenschicht 20 mit der zweiten Immersionsschicht 36 erzeugt werden. Aus dem Diagramm geht hervor, dass die Lichtstärkeverteilung in einem Betriebsbereich von –10° bis +10° homogen ist.
19 zeigt ein Beispiel eines Diagramms, das die Lichtstärkeverteilung, insbesondere die Lichtstärke in Abhängigkeit der Winkel, in die das Licht abgestrahlt wird, darstellt. Die Lichtstärkeverteilung ist innerhalb eines Betriebsbereichs von –10° bis 10° homogen. Die Lichtstärkeverteilung kann mittels einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 mit der Lichtquelle 12, der Mikrolinsenschicht 20 mit der ersten und der zweiten Immersionsschicht 26, 36 und einer Trichterlinse als Kollimator 16 erzeugt werden.
20 zeigt ein Beispiel eines Diagramms, das die Lichtstärkeverteilung, insbesondere die Lichtstärke in Abhängigkeit der Winkel, in die das Licht abgestrahlt wird, darstellt. Die Lichtstärkeverteilung ist in einem Betriebsbereich von –10° bis +10° homogen, wobei die Lichtstärkeverteilung mittels einer der im Vorhergehenden erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen 10 mit der Lichtquelle 12, der Mikrolinsenschicht 20 mit der ersten Immersionsschicht 26 und einem Cassegrain-artigen Kollimator 16 erzeugt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können bei allen Ausführungsbeispielen der Kollimator 16 und die Mikrolinsenschicht 20 oder die erste Immersionsschicht 26 in direktem körperlichen Kontakt zueinander oder voneinander beabstandet ausgebildet sein. Ferner kann bei allen Ausführungsbeispielen die dritte Mikrolinsenstruktur 42 ausgebildet sein. Ferner kann bei allen Ausführungsbeispielen der erste Abdeckkörper 44 und/oder der zweite Abdeckkörper 48 angeordnet sein. Ferner können die Abdeckkörper 44, 48 bei allen Ausführungsbeispielen mit der optisch funktionellen Schicht 46 versehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann bei allen Ausführungsbeispielen der Abdeckkörper 44 als optisch funktioneller Körper dienen. Alternativ oder zusätzlich können bei allen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Kollimatoren 16, wie zum Beispiel TIR-Linsen, CPCs, Trichterlinsen und/oder Cassegrain-artige Kollimatoren verwendet werden. Ferner können bei allen Mikrolinsenschichten 20 die Krümmungen der Mikrolinsen 24, 34 gleich oder unterschiedlich sein. Ferner können Lichtquellen 12 mit mehr oder weniger lichtemittierenden Bauelementen 60, 62, 64, 66 verwendet werden.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (10) zum Bereitstellen von Licht, mit – einer Lichtquelle (12), die inhomogenes Licht (14) erzeugt, – einem Kollimator (16), der das inhomogene Licht (14) kollimiert, und – einer Mikrolinsenschicht (20), die das kollimierte inhomogene Licht (14) homogenisiert, die eine dem Kollimator (16) zugewandte erste Seite der Mikrolinsenschicht (20) und eine von dem Kollimator (16) abgewandte zweite Seite der Mikrolinsenschicht (20) aufweist, wobei an der ersten Seite der Mikrolinsenschicht (20) eine erste Mikrolinsenstruktur (22) ausgebildet ist und an der zweiten Seite der Mikrolinsenschicht (20) eine zweite Mikrolinsenstruktur (32) ausgebildet ist, und – eine erste Immersionsschicht (26) zwischen dem Kollimator (16) und der Mikrolinsenschicht (20) auf der ersten Mikrolinsenstruktur (22) angeordnet ist und eine zweite Immersionsschicht (36) auf einer von dem Kollimator (16) abgewandten Seite der Mikrolinsenschicht (20) auf der zweiten Mikrolinsenstruktur (32) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der die erste Mikrolinsenstruktur (22) eine Mehrzahl von ersten Mikrolinsen (24) aufweist und die zweite Mikrolinsenstruktur (32) eine Mehrzahl von zweiten Mikrolinsen (34) aufweist und bei der jede erste Mikrolinse (24) einer der zweiten Mikrolinsen (34) zugeordnet ist und bei der einander zugeordnete Mikrolinsen (24, 34) so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass ein Brennpunkt (52) der einen Mikrolinse (24, 34) einem Scheitelpunkt der anderen Mikrolinse (24, 34) entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der auf einer von der Mikrolinsenschicht (20) abgewandten Seite der zweiten Immersionsschicht (36) ein erster Abdeckkörper (44) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der auf dem ersten Abdeckkörper (44) eine optisch funktionelle Schicht (46) ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der der erste Abdeckkörper (44) so ausgebildet ist, dass er das homogenisierte Licht streut.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der erste Abdeckkörper (44) so strukturiert ist, dass er eine vorgegebene Lichtstärkeverteilung erzeugt.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der der erste Abdeckkörper (44) von einer ersten Linse gebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zwischen der Lichtquelle (12) und der Mikrolinsenschicht (22) eine zweite Linse angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, bei der der Kollimator (16) die Linse aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, bei der der Kollimator (16) eine TIR-Linse aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Mikrolinsenschicht (20) eine dritte Mikrolinsenstruktur (42) aufweist, die in der Mikrolinsenschicht (20) zwischen der ersten und der zweiten Mikrolinsenstruktur (22, 32) ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Mikrolinsenschicht (20) und der Kollimator (16) einstückig ausgebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Lichtquelle (12) mindestens eine LED (60, 62, 64, 66) und/oder die Mikrolinsenschicht (20) Polycarbonat und/oder mindestens eine der Immersionsschichten (26, 36) Silikon aufweist.