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Im Zusammenhang mit Fahrzeugleuchten wurde eine Lichtquelle von einer punktartigen Lichtquelle zu einer linienartigen Lichtquelle entwickelt und neuerdings wurde die Lichtquelle zu einer flächenartigen Lichtquelle zum Abstrahlen flächenartigen Lichts entwickelt.
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1 illustriert eine Struktur eines optischen Systems in einer verwandten Technik, die eine flächenartige Lichtquelle verwendet.
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Mit Bezug auf 1 umfasst eine Struktur 1 eines optischen Systems, welches eine flächenartige Lichtquelle verwendet, eine LED 3, die auf einer Leiterplatte (PCB) 4 vorgesehen ist, und ein Reflektor 5, der gegenüber einer Lichtquelle 3 angeordnet ist, ist in einer gekrümmten Form geformt und reflektiert Licht in Richtung der Frontlinse 2 der Leuchte.
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Die Lichtquelle wurde zu der flächenartigen Lichtquelle mit der vorgenannten Form entwickelt infolge von Designtrends von Fahrzeugleuchten. Die Lichtquelle mit der vorgenannten Struktur jedoch verwendet eine Anzahl von LEDs und benutzt ein Lichtstreumittel auf einer reflektierenden Oberfläche, um ein gleichförmiges Bild des abgestrahlten Lichts zu verwirklichen, und infolgedessen tritt das Problem auf, dass die Effizienz der Lichtnutzung extrem gering ist. Eine Hochkostenstruktur, die durch das vorgenannte Problem verursacht wird, wirkt als Hindernis bei der Ausweitung des Marktes auf LED-Leuchten.
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Aus der
US 2010/0208453 A1 und der
WO 2013/151224 A1 ist jeweils eine Flächenlichtquelle für die Beleuchtung von LCD Anzeigen bekannt, bei der das Lichtbündel einer Lichtquelle durch einen linsenartigen Lichtbrechungskörper aufgeweitet und auf die zu beleuchtende Fläche geleitet wird. Der Lichtbrechungskörper ist mit gebogenen Flächen unterschiedlicher Krümmungsradien aufwendig ausgestaltet.
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Aus der
DE 10 2006 044 641 A1 ist eine Leuchteinheit mit einer Lichtquelle bekannt, deren Lichtbündel mittels einer Optik, bestehend aus Lichtkörper, Primärlinse und Sekundärlinse aufgeweitet wird. Der Lichtkörper hat eine komplexe Form mit mehreren gebogenen Außenflächen, die teilweise parabolischen Querschnitt aufweisen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht im Bestreben, eine Flächenlichtquelle mit einer kleinen Anzahl von LEDs durch Verwendung einer Primäroptiklinse bereitzustellen.
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Die vorliegende Erfindung wurde auch gemacht im Bestreben, die Kosten für LED-Leuchten für Fahrzeuge durch Reduzierung der Anzahl von LEDs zu reduzieren und die Treibstoffeffizienz des Fahrzeugs durch Reduktion des Energieverbrauchs der LEDs zu verbessern.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine Primäroptiklinse vor, umfassend: Eine erste untere Endfläche, die das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht hindurch lässt; eine erste obere Endfläche, die eine nach innen eingeschnittene Form aufweist, die der ersten Endfläche gegenüberliegt und das von der ersten Endfläche durchgelassene Licht reflektiert; eine zweite obere Endfläche, die mit der ersten oberen Endfläche verbunden ist und das von der ersten oberen Endfläche reflektierte Licht erneut reflektiert; eine zweite untere Endfläche, die die zweite obere Endfläche mit der ersten unteren Endfläche verbindet; einen Lichteintrittsabschnitt, welcher zwischen der Lichtquelle und der Primäroptiklinse positioniert ist, und Licht konzentriert, welches von der Lichtquelle abgestrahlt wird und in den Lichteintrittsabschnitt eintritt, wobei ein Abschnitt des Lichteintrittsabschnitts, wo Licht eintritt, eine konvexe Form hat.
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Die erste obere Endfläche kann das durchgelassene Licht totalreflektieren.
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Die erste obere Endfläche kann eine umgekehrte konische Form aufweisen.
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Die erste obere Endfläche kann mit einer Zentralachse jeden Winkel einschließen, wobei der Winkel 48° oder weniger sein kann.
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Die erste obere Endfläche kann die Form eines Rotationskörpers aufweisen, der durch Rotation irgendeiner gebogenen Linie gebildet wird.
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Die zweite obere Endfläche kann die Form eines Rotationskörpers aufweisen, die durch die Rotation einer gebogenen Linie gebildet wird.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine Fahrzeugleuchte mit einer Primäroptiklinse vor, wobei die Leuchte umfasst: eine Lichtquelle; einen Träger, auf dem die Lichtquelle aufgesetzt ist; und eine Primäroptiklinse, die auf einer Linie positioniert ist, entlang derer Licht von der Lichtquelle abgestrahlt wird, wobei der Träger das von der oberen Endfläche reflektierte Licht erneut reflektiert.
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Die Lichtquelle kann eine LED sein.
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Der Träger kann als Wärmesenkenplatte dienen oder eine Wärmesenkenplatte kann an der hinteren Oberfläche des Trägers vorgesehen sein.
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Die Leuchte kann des Weiteren eine Lichtstreulinse umfassen, die vor der Primäroptiklinse positioniert ist.
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Mit der Primäroptiklinse der vorliegenden Erfindung und der Fahrzeugleuchte mit der Primäroptiklinse können die LEDs, die dichtgedrängt angeordnet waren, um eine gleichmäßige Flächenlichtquelle zu verwirklichen, in größeren Abständen angeordnet sein, wobei unter Benutzung der Primäroptiklinse eine Lichtmenge, die von den LEDs in Normalenrichtung abgestrahlt wird, stark verringert wird, wodurch die erforderliche Anzahl von LEDs verringert wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch Reduzierung der Anzahl von LEDs die Kosten für LED-Fahrzeugleuchten zu verringern und die Treibstoffeffizienz durch Reduzierung des Energieverbrauchs der LEDs zu verbessern.
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Die vorangehende Kurzfassung ist rein illustrativ und in keiner Weise begrenzend gemeint. Zusätzlich zu den oben beschriebenen illustrativen Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden sich weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch Bezugnahme auf die Zeichnungen und die nachfolgende detaillierte Beschreibung ergeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine geschnittene Ansicht, die die Struktur eines optischen Systems der verwandten Technik illustriert, die eine flächenartige Lichtquelle verwendet.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Primäroptiklinse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine geschnittene Ansicht zur Darstellung der Lichtreflexion, wenn ein Lichteintrittsabschnitt, der in einer Primäroptiklinse vorgesehen ist, eine parabolische Form aufweist.
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4 ist eine geschnittene Ansicht, die die Lichtreflexion darstellt, wenn der in der Primäroptiklinse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Lichteintrittsabschnitt eine konvexe Form aufweist.
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5 ist eine schematische, geschnittene Ansicht einer Fahrzeugleuchte, welche eine Primäroptiklinse aufweist.
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Es versteht sich, dass die anliegenden Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale zur Veranschaulichung der grundlegenden Prizipien der Erfindung präsentieren. Die speziellen Auslegungmerkmale der hier offenbarten vorliegenden Erfindung einschließlich beispielsweise spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen werden teilweise durch die jeweils beabsichtigte Anwendung und Betriebsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung über alle Figuren der Zeichnung hinweg.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachfolgend wird eine Primäroptiklinse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zunächst ist bei der Zuordnung von Bezugszeichen zu Bauteilen der jeweiligen Zeichnung anzumerken, dass dieselben Bauteile mit den selben Bezugszeichen bezeichnet werden, sogar wenn sie in verschiedenen Zeichnungen auftauchen. Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber es ist offensichtlich dass die technische Idee der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt oder begrenzt ist, denn die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch einen Fachmann abgewandelt und auf vielfältige Weise ausgeführt werden.
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2 ist eine schematische Ansicht einer Primäroptiklinse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine geschnittene Ansicht, welche die Lichtreflexion illustriert, wenn ein Lichteintrittsabschnitt, der in der Primäroptiklinse gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, eine konvexe Form aufweist.
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Bezugnehmend auf 2 und 4 ist eine Primäroptiklinse 20 auf einer Linie, entlang welcher Licht von der Lichtquelle 40 abgestrahlt wird, positioniert.
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Die Primäroptiklinse 20 umfasst eine erste untere Endfläche 28, die das von der Lichtquelle 40 abgestrahlte Licht hindurch lässt, eine erste obere Endfläche 22, die eine nach innen eingeschnittene Form gegenüber der ersten unteren Endfläche 28 aufweist und das von der ersten unteren Endfläche 28 durchgelassene Licht reflektiert, eine zweite obere Endfläche 24, die mit der ersten oberen Endfläche 22 verbunden ist und das von der ersten oberen Endfläche 22 reflektierte Licht erneut reflektiert, und eine zweite untere Endfläche 27, die die zweite obere Endfläche mit der ersten oberen Endfläche 28 verbindet.
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Die erste untere Endfläche 28 ermöglicht dem von der Lichtquelle 40 abgestrahlten Licht durch die erste obere Endfläche 28 hindurchzutreten. In einer beispielhaften Ausführungsform der ersten unteren Endfläche ist die erste untere Endfläche 28 als flache Fläche ausgebildet und kann verschiedene Formen aufweisen wie beispielsweise Kreisform oder Ellipsenform.
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Die erste obere Endfläche 22 hat eine Form, die in Richtung Innenseite der Primäroptiklinse 20 zurückversetzt ist, und reflektiert Licht, welches durch die erste untere Endfläche 28 in Richtung der zweiten oberen Endfläche 24 hindurch geht. Die erste obere Endfläche 22 kann das von der ersten unteren Endfläche 28 reflektierte Licht totalreflektieren. Im Fall dass die erste obere Endfläche 22 das Licht totalreflektiert, kann die erste obere Endfläche 22 das durch die erste untere Endfläche 28 hindurchgehende Licht totalreflektieren durch Beschichten der ersten oberen Endfläche mit einem reflektierenden Material oder Anwendung eines kritischen Winkels des reflektierten Lichts.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste obere Endfläche 22 eine nach innen eingeschnittene konische Form, eine kreisförmig abgeschnittene konische Form oder die Form eines Rotationskörpers, der durch Rotation irgendeiner gebogenen Linie um eine zentrale Achse C erzeugt wird, aufweisen. Im Falle dass die erste obere Endfläche 22 eine konische Form oder eine kreisförmig abgeschnittene konische Form aufweist, beträgt ein innerer Winkel zwischen der ersten oberen Endfläche 22 und der Zentralachse C 48° oder weniger und ein Einfallswinkel ist größer als der kritische Winkel, wodurch Licht totalreflektiert wird, welches die erste obere Endfläche 22 erreicht.
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Die zweite obere Endfläche 24 verbindet die erste obere Endfläche 22 mit der zweiten unteren Endfläche 27 und reflektiert das von der ersten oberen Endfläche 22 reflektierte Licht.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite obere Endfläche 24 die Form eines Rotationskörpers aufweisen, der durch Rotation einer geraden Linie oder irgendeiner gebogenen Linie um die Zentralachse C erzeugt wird. Bezüglich 4 im Falle, dass die zweite obere Endfläche 24 eine geradlinige Form aufweist, kann die zweite obere Endfläche 24 dazu dienen, Licht nach unten zu reflektieren, während sie das von der ersten oberen Endfläche 22 reflektierte Licht totalreflektiert. Mit Bezug auf 3 im Falle, dass die zweite obere Endfläche 24 die Form eines Rotationskörpers aufweist, der durch Rotation einer gebogenen Linie erzeugt wird, ist es möglich, einen Teil des reflektierten Lichts so zu justieren, dass es gegen das obere Ende gerichtet ist, durch Justieren der Krümmung der gebogenen Linie.
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Die zweite untere Endfläche 27 verbindet die zweite obere Endfläche 24 mit der ersten unteren Endfläche 28.
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Im Falle dass das von der ersten oberen Endfläche 22 reflektierte Licht direkt die zweite untere Endfläche 27 erreicht, läuft das Licht aufwärts durch Brechung. Licht, welches durch die zweite obere Endfläche 24 reflektiert wird und dann die zweite untere Endfläche 27 erreicht, tritt durch die zweite untere Endfläche 27 und läuft in eine Richtung entgegen der Richtung, in welcher das Licht eintritt.
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Ein Lichteintrittsabschnitt 50 ist zwischen der Lichtquelle 40 und der Primäroptiklinse 20 positioniert und der Lichteintrittsabschnitt 50 konzentriert das von der Lichtquelle 40 abgestrahlte Licht.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Lichteintrittsabschnitt 50 auf einer Linie positioniert, entlang welcher Licht von der Lichtquelle 40 abgestrahlt wird. Ein Teil des Lichteintrittsabschnitts 50, an dem Licht eintritt, ist in konvexer Form ausgestaltet.
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Der Lichteintrittsabschnitt 50, der einen konvexen Abschnitt aufweist, wo Licht eintritt, konzentriert Licht, das von der Lichtquelle 40 in den Lichteintrittsabschnitt 50 einfällt. Dabei kann die konvexe Form die Form einer freien gebogenen Fläche, einer Kugel, einer Ellipse oder dergleichen aufweisen und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden, um verschiedenste Formen aufzuweisen, die Licht konzentrieren.
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Unterdessen wird nachfolgend eine Fahrzeugleuchte 100, die eine Primäroptiklinse 20 entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung aufweist, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Beschreibungen derselben Bauteile jedoch, die in der Primäroptiklinse 20 gemäß der vorgenannten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, werden weggelassen.
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5 ist eine schematische, geschnittene Sicht einer Fahrzeugleuchte, die eine Primäroptiklinse gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. In 5 bezeichnen die gleichen in den 2 bis 4 verwendeten Bezugszeichen gleiche Teile, deren Beschreibung weggelassen wird.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen umfasst die Fahrzeugleuchte 100, die eine Primäroptiklinse 20 aufweist, eine Lichtquelle 40, einen Träger 30, einen Lichteintrittsabschnitt 50, eine Primäroptiklinse 20 und eine Lichtstreulinse 10.
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Als Lichtquelle 40 können verschiedene Arten von Lichtquellen 40 aus dem technischen Bereichs der Lichtabstrahlung verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Glühbirne, eine LED oder dergleichen als Lichtquelle 40 verwendet werden.
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Die Lichtquelle 40 ist auf dem Träger 30 aufgesetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein PCB verwendet werden.
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Im Falle dass eine LED als Lichtquelle 40 verwendet wird, wird eine große Wärmemenge während eines Prozesses, in welchem elektrische Energie in Licht verwandelt wird, erzeugt. Weil solche Wärme die Leuchteigenschaften der LED verringert und die Lebenszeit der LED verkürzt, kann der Träger 30 als Wärmesenkenplatte dienen und eine Wärmesenkenplatte (nicht dargestellt) kann an der hinteren Oberfläche des Trägers 30 vorgesehen sein.
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Der Träger 30 kann Licht, welches durch die zweite obere Endfläche 24 reflektiert wurde, in Richtung der Vorderseite der Leuchte reflektieren. In einer beispielhaften Ausführungsform des Trägers 30 kann der Träger 30 mit einem reflektierenden Material beschichtet sein und kann Licht, welches durch die zweite obere Endfläche 24 reflektiert wurde, in Richtung der Vorderseite der Leuchte reflektieren.
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Die Primäroptiklinse 20 ist auf einer Linie positioniert, entlang derer Licht von der Lichtquelle 40 abgestrahlt wird, und kann das von der Lichtquelle 40 abgestrahlte Licht in Richtung der Vorderseite der Leuchte streuen, um eine Leuchte mit Flächenlichtquelle 40 zu verwiklichen.
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Der schematisch dargestellte Lichteintrittsabschnitt 50 ist zwischen der Lichtquelle 40 und der Primäroptiklinse 20 positioniert, er konzentriert das von der Lichtquelle 40 abgestrahlte Licht und lässt das konzentrierte Licht zur Primäroptiklinse 20 durch. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Lichteintrittsabschnitt 50 in Kontakt mit der ersten unteren Endfläche 28 der Primäroptiklinse 20 stehen und er kann zwischen der Lichtquelle 40 und der Primäroptiklinse 20 durch einen separaten Halter (nicht dargestellt) positioniert sein.
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Die Lichtstreulinse 10 erlaubt es dem durch die Primäroptiklinse 20 dringenden Licht zur Außenseite der Leuchte auszutreten. Die Lichtstreulinse 10 kann verschiedene Formen, wie etwa die einer asphärischen Linse oder einer flachen Linse, aufweisen.
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Bei der Primäroptiklinse und der Fahrzeugleuchte mit der Primäroptiklinse, können die LEDs, die dichtgedrängt angeordnet wurden, um eine gleichförmige Flächenlichtquelle zu verwirklichen, in größeren Abständen angeordnet werden, wodurch eine Lichtmenge unter Verwendung der Primäroptiklinse stark reduziert wird, die von den LEDs in Normalenrichtung abgestrahlt wird, wodurch die erforderliche Anzahl von LEDs verringert wird. Mit der vorliegenden Erfindung wird es ermöglicht, durch Reduktion der Anzahl von LEDs die Kosten für LED-Fahrzeugleuchten zu verringern und die Treibstoffeffizienz durch Verringerung des Energieverbrauchs der LEDs zu verbessern.
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Wie oben erwähnt wurden beispielhafte Ausführungsformen in den Zeichnungen und der Beschreibung beschrieben und illustriert. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um gewisse Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um dadurch andere Fachleute in die Lage zu versetzen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauso wie verschiedenartige Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und zu gebrauchen. Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, sind bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt auf die speziellen Details der hier dargestellten Beispiele und es wird daher vorausgesetzt, dass andere Modifikationen und Anwendungen oder Äquivalente davon für Fachleute erkennbar sind. Viele Änderungen, Modifikationen oder anderer Gebrauch und Anwendungen der vorliegenden Konstruktion werden jedoch den Fachleuten klar werden, nachdem sie die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen haben. All diese Änderungen, Modifikationen, Variationen oder anderer Gebrauch und Anwendungen, die von der Grundidee und dem Umfang der Erfindung nicht abweichen, werden als durch die Erfindung abgedeckt angesehen, die allein durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt ist.
