DE102018114420A1

DE102018114420A1 - Lichtfaser und beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018114420A1
Application number: DE102018114420.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Brick
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US11372148B2; US20210199872A1; DE112019003030A5; WO2019238945A1

Abstract

Lichtfaser (1) umfassend einen Mantel (11) und mindestens zwei Kerne (12, 13) zum Leiten elektromagnetischer Strahlung (L), bei der- die Kerne (12, 13) an einem Ende der Lichtfaser (1) jeweils eine Einkoppelfläche (12a, 13a) aufweisen.

Description

Es wird eine Lichtfaser angegeben. Darüber hinaus wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine Lichtfaser anzugeben, die eine verbesserte Zuverlässigkeit und verbesserte optische Eigenschaften aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, welche eine verbesserte Zuverlässigkeit und verbesserte optische Eigenschaften aufweist.
Die zu lösende Aufgabe und die weitere zu lösende Aufgabe werden mit einer Lichtfaser gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 7 gelöst.
Die Lichtfaser umfasst einen Mantel und mindestens zwei Kerne zum Leiten elektromagnetischer Strahlung, wobei die Kerne an einem Ende der Lichtfaser jeweils eine Einkoppelfläche aufweisen. Dabei sind die Einkoppelflächen unterschiedlicher Kerne nicht zusammenhängend ausgebildet. Die Lichtfaser ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich zu führen. Die Kerne und der Mantel sind mit einem für die elektromagnetische Strahlung transparenten Material gebildet.
Die Lichtfaser weist eine Haupterstreckungsrichtung auf, entlang welcher sich in der Lichtfaser die Kerne erstrecken. Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser sind die Kerne jeweils vollständig von dem Mantel umgeben. Die Kerne dienen zur Wellenführung der elektromagnetischen Strahlung. An einer Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel wird die elektromagnetische Strahlung reflektiert, so dass die elektromagnetische Strahlung entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kerne geführt wird.
Der Mantel - auch Cladding genannt - und die Kerne umfassen beispielsweise ein dielektrisches Material. Das dielektrische Material ist nichtmetallisch und nichtleitend. Insbesondere enthält das dielektrische Material keine metallischen Anteile. Das Material der Kerne und des Mantels unterscheidet sich im Brechungsindex. Insbesondere weisen die Kerne einen höheren Brechungsindex als der Mantel auf. Insbesondere beträgt die relative Differenz der Brechungsindices zwischen den Kernen und dem Mantel zumindest 1%, bevorzugt zumindest 2%. Die unterschiedlichen Brechungsindices können beispielsweise mittels unterschiedlicher Dotierungen der Materialien des Mantels und der Kerne hergestellt sein.
Eine hier beschriebene Lichtfaser kann beispielsweise Teil einer Beleuchtungsvorrichtung sein, bei der in die Kerne jeweils elektromagnetische Strahlung in Form einer Primärstrahlung von unterschiedlichen Emissionsbereichen eingekoppelt wird. Die Emissionsbereiche können Teil von einem oder mehrerer LED oder Laser-Chip(s) sein. Die Primärstrahlungen werden dann in der Lichtfaser durchmischt und in Auskoppelzonen der Lichtfaser als Mischlicht emittiert.
Der hier beschriebenen Lichtfaser liegt unter anderem die Überlegung zu Grunde, dass das Einkoppeln von Primärstrahlungen mehrerer Emissionsbereiche in eine gemeinsame Lichtfaser mit einem einzelnen Kern besondere Anforderungen mit sich bringt. Beispielsweise wird bei einer Fehlpositionierung der Einkoppelfläche des einzelnen Kerns relativ zu den Emissionsbereichen der Anteil der eingekoppelten Primärstrahlung eines Emissionsbereichs vergrößert, während der Anteil der eingekoppelten Primärstrahlung eines anderen Emissionsbereichs verkleinert wird. Somit führt schon eine geringe Fehlpositionierung der Einkoppelfläche zu einer signifikanten Veränderung des Verhältnisses der eingekoppelten Primärstrahlungen.
Die hier beschriebene Lichtfaser macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, mehrere Kerne in der Lichtfaser anzuordnen. Somit kann jedem Emissionsbereich in dessen jeweiliger Abstrahlrichtung ein einzelner Kern, insbesondere die Einkoppelfläche des Kerns, nachgeordnet werden. Bei einer Fehlpositionierung des Endes der Lichtfaser, in welches die Primärstrahlungen eingekoppelt werden, wird die Einkoppelung aller Primärstrahlungen in die Kerne idealerweise gleichmäßig verändert. Somit bleibt das Verhältnis der eingekoppelten Primärstrahlungen der unterschiedlichen Emissionsbereiche im Wesentlichen gleich.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung mehrerer Kerne in einer gemeinsamen Lichtfaser eine besonders zuverlässige Einkoppelung mehrerer Primärstrahlungen und somit eine besonders zuverlässige Leitung und Emission elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Querschnitt der Lichtfaser senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise weist die Lichtfaser einen ovalen Querschnitt auf. Alternativ weist die Lichtfaser beispielsweise einen viereckigen, insbesondere einen rechteckigen, Querschnitt auf.
Insbesondere dient der nicht rotationssymmetrische Querschnitt der Lichtfaser als Verdrehsicherung. Mittels des nicht rotationssymmetrischen Querschnitts wird eine Position der Einkoppelflächen relativ zu einem lichtemittierenden Bauteil festgelegt. Insbesondere wird eine für die Einkoppelung nachteilige Rotation der Lichtfaser um eine Achse senkrecht zu den Einkoppelflächen verhindert. Vorteilhafterweise vereinfacht der nicht rotationssymmetrische Querschnitt eine präzise Ausrichtung der Lichtfaser relativ zu Emissionsbereichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige Einkoppelfläche der Kerne jeweils nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist auch der jeweilige Querschnitt der Kerne senkrecht zur jeweiligen Haupterstreckungsrichtung der Kerne nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Einkoppelflächen und/oder die Querschnitte der Kerne weisen beispielsweise eine ovale oder vieleckige, insbesondere rechteckige, Form auf.
Die Form der Einkoppelfläche der Kerne ist an die Form der Emissionsbereiche, deren Primärstrahlung in die Kerne eingekoppelt werden soll, angepasst. Beispielsweise ist jeweils der Querschnitt des Strahlkegels senkrecht zur Abstrahlrichtung der Primärstrahlung im mathematischen Sinne jeweils ähnlich zu der Einkoppelfläche, in welche die Primärstrahlung eingekoppelt wird. Vorteilhafterweise wird die Primärstrahlung mit besonders hoher Effizienz in die Kerne der Lichtfaser eingekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Kerne entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser helixartig verdrillt. Beispielsweise weißen die Kerne eine gemeinsame Achse auf, um welche die Kerne entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser rotieren. Beispielsweise verläuft die gemeinsame Achse entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser im geometrischen Schwerpunkt des Querschnitts der Lichtfaser.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Einkoppelflächen in einem Abstand zueinander angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand der Einkoppelflächen zumindest 40 µm, bevorzugt zumindest 100 µm.
Beispielsweise ist mittels des Abstandes der Einkoppelflächen auch der Abstand der Emissionsbereiche senkrecht zu deren Abstrahlrichtung vorgegeben. Somit sind mittels eines vergrößerten Abstands der Einkoppelflächen vergrößerte Abstände zwischen einzelnen Emissionsbereichen möglich. Vorteilhafterweise vereinfacht eine Vergrößerung des Abstands der Emissionsbereiche zueinander das Ableiten von im Betrieb der Emissionsbereiche entstehender Wärme.
Insbesondere sind die Kerne senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zueinander in einem Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand kann sich ausgehend von den Einkoppelflächen entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser verringern. Insbesondere können die Kerne entlang der Haupterstreckungsrichtung zu einem gemeinsamen Kern zusammenlaufen, sodass sich der Abstand entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu null verringert.
Gemäß einer Ausführungsform weisen der Mantel und/oder die Kerne jeweils mindestens eine Auskoppelzone zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus den Kernen auf. Die Lichtfaser ist dazu eingerichtet zumindest einen Großteil der elektromagnetischen Strahlung im Bereich der Auskoppelzone quer zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu emittieren.
Beispielsweise weisen die Kerne, der Mantel oder die Grenzflächen zwischen Kernen und Mantel in der Auskoppelzone Streuzentren auf. Die Streuzentren können beispielsweise mittels streuenden Partikeln, oder einer Aufrauhung von Oberflächen gebildet sein. An den Streuzentren wird elektromagnetische Strahlung gestreut, so dass der Winkel der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel unterschritten wird und zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung durch den Mantel austritt. Alternativ oder zusätzlich können die Kerne im Bereich der Auskoppelzone stärker gekrümmt sein, so dass eine verringerte Totalreflexion der elektromagnetischen Strahlung an der Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel stattfindet. Insbesondere kann die Krümmung der Faserkerne in der Auskoppelzone entlang der Lichtausbreitungsrichung zunehmen, sodass eine homogene Lichtauskopplung erreicht wird. Gemäß einer weiteren Aternative kann der Mantel in der Auskoppelzone teilweise entfernt oder auf andere Weise modifiziert sein, sodass in der Auskoppelzone zumindest ein Teil der in der Lichtfaser geführten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird.
Insbesondere werden in der Lichtfaser die Primärstrahlungen, welche in unterschiedlichen Kernen geführt werden, in der Auskoppelzone durchmischt, so dass von der Lichtfaser Mischlicht emittiert wird. Das Durchmischen der Primärstrahlungen kann innerhalb eines Kerns stattfinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchmischung der Primärstrahlungen im Mantel stattfinden.
Es wird des Weiteren eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst insbesondere eine hier beschriebene Lichtfaser. Das heißt, sämtliche für die Lichtfaser offenbarten Merkmale sind auch für die Beleuchtungsvorrichtung offenbart und umgekehrt.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein lichtemittierendes Bauteil mit zumindest zwei Emissionsbereichen und eine hier beschriebene Lichtfaser. Das lichtemittierende Bauteil ist dazu eingerichtet in zumindest zwei Emissionsbereichen Primärstrahlung zu erzeugen und abzustrahlen.
Die Emissionsbereiche sind dazu eingerichtet die Primärstrahlung in der Abstrahlrichtung zu emittieren. Den Emissionsbereichen ist jeweils eine Einkoppelfläche der Kerne der Lichtfaser in der Abstrahlrichtung nachgeordnet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb trifft ein Großteil, insbesondere zumindest 70%, der von den Emissionsbereichen abgestrahlten Primärstrahlung jeweils auf eine der Einkoppelflächen und wird in einen der Kerne eingekoppelt. Insbesondere ist die Anzahl der Einkoppelflächen genauso groß wie die Anzahl der Emissionsbereiche. Beispielsweise ist jedem Emissionsbereich eindeutig eine Einkoppelfläche zugeordnet.
Die Emissionsbereiche sind entlang der Abstrahlrichtung gesehen jeweils überlappend mit einer der Einkoppelflächen angeordnet. Beispielsweise überlappen zumindest 70%, bevorzugt zumindest 80%, jedes Emissionsbereichs jeweils mit einer der Einkoppelflächen. Insbesondere unterscheidet sich der Überlapp der einzelnen Emissionsbereiche mit einer der Einkoppelflächen untereinander um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5%. Die Numerische Appertur (NA) der Faser beträgt beispielsweise zumindest 0,3.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Bauteil zumindest einen oberflächenmontierbaren Halbleiterchip oder zumindest einen planar kontaktierten Halbleiterchip. Beispielsweise sind die Emissionsbereiche Teil eines gemeinsamen Halbleiterchips oder sind alternativ aus unterschiedlichen Halbleiterchips gebildet. Insbesondere ist der Halbleiterchip nicht mittels eines Bonddrahtes kontaktiert.
Oberflächenmontierbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterchip ausschließlich über eine dem Lichtleiter abgewandten Seite elektrisch leitend kontaktierbar und betreibbar ist. Planar kontaktiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterchip an einer dem Lichtleiter zugewandten Seite mittels flächig aufgebrachter Kontaktstrukturen elektrisch leitend kontaktierbar ist. Insbesondere handelt es sich bei den plan ausgebildeten Kontaktstrukturen nicht um Bonddrähte, welche an einer dem Lichtleiter zugewandten Seite über den Halbleiterchip hinausragen.
Die Emissionsbereiche sind vorteilhafterweise besonders nah an den Einkoppelflächen anordenbar. Beispielsweise befindet sich zwischen den Emissionsbereichen und der Lichtfaser ein Spalt, welcher mit einem transparenten Medium, beispielsweise Luft, gefüllt ist. Entlang der Abstrahlrichtung beträgt die Spaltbreite des Spalts beispielsweise maximal 500 µm, bevorzugt maximal 100 µm. Es besteht kein direkter Kontakt zwischen der Lichtfaser und den Emissionsbereichen, sodass ein Aufheizen der Lichtfaser im Betrieb des optoelektronischen Bauteils vermiedene wird. Dennoch ermöglicht die geringe Spaltbreite eine besonders effiziente Einkoppelung der Primärstrahlung in die Lichtfaser.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einkoppelflächen jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt auf und die Emissionsbereiche weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt auf. Entlang der Abstrahlrichtung gesehen sind die ersten geometrischen Schwerpunkte jeweils deckungsgleich mit einem der zweiten geometrischen Schwerpunkte angeordnet. Beispielsweise beträgt der Versatz eines ersten geometrischen Schwerpunkts zu einem zweiten geometrischen Schwerpunkt senkrecht zur Abstrahlrichtung maximal 200 µm, insbesondere maximal 100 µm. Vorteilhafterweise wird somit ein besonders großer Anteil der emittierten Primärstrahlung eines Emissionsbereichs jeweils in den dem Emissionsbereich zugeordneten Kern eingekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Emissionsbereiche dazu eingerichtet Primärstrahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Beispielsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung je einen Emissionsbereich der dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung in einem roten, in einem grünen und in einem blauen Wellenlängenbereich zu emittieren.
Insbesondere weisen die Emissionsbereiche, die dazu eingerichtet sind Primärstrahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren, senkrecht zur Abstrahlungsrichtung eine unterschiedliche Größe auf. Beispielsweise handelt es sich bei den Emissionsbereichen um Lambert'sche Emitter, die jeweils eine Fläche von zumindest 200 µm X 200 µm aufweisen. Insbesondere sind die Emissionsbereiche unterschiedlich groß ausgebildet. Beispielsweise ist der Emissionsbereich, welcher dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung im grünen Wellenlängenbereich zu emittieren, größer als die Emissionsbereiche, die dazu eingerichtet sind elektromagnetische Strahlung im roten oder blauen Wellenlängenbereich zu emittieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der Auskoppelzone emittierte elektromagnetische Strahlung Mischlicht, welches die Primärstrahlungen aus allen Emissionsbereichen umfasst, insbesondere aus den Primärstrahlungen besteht. Beispielsweise werden die Primärstrahlungen durch separate Einkoppelflächen in separate Kerne der Lichtfaser eingekoppelt. Die Kerne können entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu einem gemeinsamen Kern zusammenlaufen sodass die Primärstrahlungen in dem gemeinsamen Kern durchmischt werden. Alternativ oder zusätzlich können in der Auskoppelzone Streuzentren angeordnet sein, an denen die Primärstrahlungen gestreut werden und somit durchmischt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lichtfaser und der Beleuchtungsvorrichtung ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen die 1A und 1B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Lichtfaser.
Es zeigen die 2A, 2B und 2C schematische Draufsichten auf Einkoppelflächen einer Lichtfaser und Emissionsbereiche gemäß eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung.
Es zeigen die 3A, 3B, 3C und 3D schematische räumliche Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele von Lichtfasern.
Es zeigt die 4 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung.
Es zeigen die 5A, 5B und 5C schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen lichtemittierender Bauteile von Beleuchtungsvorrichtungen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1A zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Beleuchtungsvorrichtung 2 mit einer herkömmlichen Lichtfaser 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst ein lichtemittierendes Bauteil 20 mit einem ersten 201, einem zweiten 202 und einem dritten 203 Emissionsbereich, die jeweils dazu eingerichtet sind Primärstrahlung L201, L202, L203 entlang einer Abstrahlrichtung K abzustrahlen. Die Primärstrahlung L201 des ersten Emissionsbereichs 201 ist beispielsweise elektromagnetische Strahlung im grünen Wellenlängenbereich. Die Primärstrahlung L202 des zweiten Emissionsbereichs 202 ist beispielsweise elektromagnetische Strahlung im roten Wellenlängenbereich. Die Primärstrahlung L203 des dritten Emissionsbereichs 203 ist beispielsweise elektromagnetische Strahlung im blauen Wellenlängenbereich.
In der Abstrahlrichtung K ist dem lichtemittierenden Bauteil 20 die Lichtfaser 1 nachgeordnet. Die Lichtfaser 1 umfasst einen Kern 12, einen Mantel 11 und einen Absorber 17. Die Lichtfaser 1 weist eine Haupterstreckungsrichtung X1 auf. Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung X1 ist der Kern 12 vollständig von dem Mantel 11 umgeben und der Mantel 11 vollständig von dem Absorber 17 umgeben.
Der Kern 12 und der Mantel 11 sind mit einem für die Primärstrahlungen L201, L202, L203 transparenten Material gebildet. Beispielsweise umfasst das Material des Kerns 12 und des Mantels 11 ein Glas oder ein Polymer. Das Material des Kerns 12 unterscheidet sich von dem Material des Mantels 11 in seinem Brechungsindex. Beispielsweise ist der Brechungsindex des Materials des Kerns 12 zumindest 1% größer als der Brechungsindex des Materials des Mantels 11.
Der Absorber 17 ist mit einem für die Primärstrahlungen L201, L202, L203 absorbierenden Material gebildet. Beispielsweise umfasst das Material des Absorbers 17 ein Polymer.
Die 1B zeigt eine alternative Perspektive des in der 1A gezeigten Ausführungsbeispiels. Die 1B zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1.
Der Kern 12 weist eine Einkoppelfläche 12a auf, durch welche die Primärstrahlung L201, L202, L203 der Emissionsbereiche 201, 202, 203 in die Lichtfaser 1 eingekoppelt wird. In der Lichtfaser 1 werden die Primärstrahlungen L201, L203, L203 zu Mischlicht L gemischt.
Die Einkoppelfläche 12a weist einen ersten geometrischen Schwerpunkt auf und die Emissionsbereiche 201, 202, 203 weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 auf. Entlang der Abstrahlrichtung K gesehen sind die zweiten geometrischen Schwerpunkte S2 nicht deckungsgleich mit dem ersten geometrischen Schwerpunkt S1 angeordnet, sondern weisen einen Versatz auf.
Bei einer fehlerhaften Ausrichtung der Lichtfaser 1 zu dem lichtemittierenden Bauteil 2 verändert sich der Versatz der zweiten geometrischen Schwerpunkte S2 zum ersten geometrischen Schwerpunkt S1 in unterschiedlicher Weise. Somit verändert sich auch der Anteil der eingekoppelten Primärstrahlungen L201, L202, L203 der einzelnen Emissionsbereiche 201, 202, 203 in unterschiedlicher Weise. Folglich wird bei einer fehlerhaften Ausrichtung auch die Zusammensetzung des Mischlichts L aus den Primärstrahlungen L201, L202, L203 verändert, sodass der Farbort des Mischlichts verändert wird.
Die 2A zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst ein lichtemittierendes Bauteil 20 mit drei Emissionsbereichen 201, 202, 203 und eine Lichtfaser 1.
Lichtfaser 1 umfasst einen Mantel 11 und drei Kerne 12, 13, 14 zum Leiten elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Primärstrahlung L201, L202, L203. Die Kerne 12, 13, 14 weisen jeweils an einem Ende der Lichtfaser 1 eine Einkoppelfläche 12a, 13a, 14a auf, durch welche im Betrieb die Primärstrahlung L201, L202, L203 in die Kerne 12, 13, 14 eingekoppelt wird.
Die Einkoppelflächen sind kreisförmig und weisen jeweils einen Durchmesser von zumindest 150 µm, bevorzugt zumindest 250 µm auf. Der Querschnitt der Lichtfaser weist einen Durchmesser von maximal 1 mm auf. Vorteilhafterweise kann eines derartige Lichtfaser mit einem Biegeradius von weniger als 10 mm angeordnet werden. Die Kerne 12, 13 ,14 sind senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 in einem Abstand A zueinander angeordnet. Der Abstand A beträgt zumindest 40 µm.
Die 2B zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in der 2A gezeigten Ausführungseispiel ist der Querschnitt der Lichtfaser 1 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 nicht rotationssymmetrisch. Vorliegend ist der Querschnitt der Lichtfaser 1 nicht rund sondern oval ausgebildet. Vorteilhafterweise vereinfacht die nicht rotationssymmetrische Form des Querschnitts der Lichtfaser 1 das Ausrichten der Lichtfaser 1 relativ zu dem lichtemittierenden Bauteil 20.
Die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a der Kerne 12 ,13 ,14 weisen jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt S1 auf. Die Emissionsbereiche 201, 202, 203 weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt auf. In dem in der 2B dargestellten Ausführungsbeispiel ist entlang der Abstrahlrichtung K gesehen jeder erste geometrische Schwerpunkt S1 mit einem zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 deckungsgleich angeordnet.
Die 2C zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in der 2B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten geometrischen Schwerpunkte S1 nicht deckungsgleich mit einem zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 angeordnet. Stattdessen weisen die ersten geometrischen Schwerpunkte S1 zu den zweiten geometrischen Schwerpunkten S2 jeweils einen Versatz V auf. Der Versatz V eines jeden zweiten geometrischen Schwerpunkts S2 zu dem jeweils zugeordneten ersten geometrischen Schwerpunkt S1 ist im Wesentlichen identisch. Beispielsweise unterscheidet sich der Versatz V der ersten geometrischen Schwerpunkte S1 zu den jeweils zugeordneten zweiten geometrischen Schwerpunkten S2 um maximal 5%.
Die 3A zeigt schematische räumliche Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1. Die Lichtfaser 1 weist drei Kerne 12, 13, 14 auf, deren Haupterstreckungsrichtungen X12, X13, X14 entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser verlaufen. Senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsrichtung X12, X13, X14 sind die Kerne 12, 13 ,14 jeweils vollständig von dem Mantel 11 umgeben.
Die Kerne 12, 13, 14 weisen jeweils eine Einkoppelfläche 12a, 13a, 14a auf. Die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a sind im Abstand A zueinander beabstandet angeordnet. Die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a sind jeweils nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Stattdessen weisen die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a jeweils eine rechteckige Form auf.
Der Mantel 11 weist mindestens eine Auskoppelzone 100 zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mischlicht L, auf. Der Mantel 11 weist in der Auskoppelzone 100 Streuzentren auf, welche dazu eingerichtet sind Primärstrahlungen L201, L202, L203 zu streuen und somit durch den Mantel 11 quer zur Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 auszukoppeln.
Die 3B zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1. Im Unterschied zu dem in der 3A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auskoppelzone 100 jeweils in den Kernen 12, 13 ,14 oder an der Grenzfläche zwischen den Kernen 12 ,13 ,14 und dem Mantel 11 ausgebildet. Beispielsweise sind in der Auskoppelzone 100 Streuzentren in Form von streuenden Partikeln oder einer aufgerauten Grenzfläche zwischen Kernen 12, 13 ,14 und Mantel 11 ausgebildet.
Die 3C zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1, bei der sich die Kerne 12, 13, 14 entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 erstrecken, wobei die Kerne 12, 13, 14 helixförmig verdrillt sind.
Ausgehend von den Einkoppelflächen 12a ,13a, 14a verringert sich der Abstand A entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1. Insbesondere können die Kerne 12, 13 ,14 entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 zu einem gemeinsamen Kern zusammenlaufen, sodass in die einzelnen Kerne 12, 13, 14 eingekoppelte Primärstrahlungen in dem gemeinsamen Kern durchmischt werden.
Die 3D zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1, bei der die Kerne 12, 13, 14 entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 helixartig verdrillt sind. Im Unterschied zu dem in 3C gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstand A der Kerne 12, 13 ,14 entlang der Haupterstreckungsrichtung X1 der Lichtfaser 1 konstant.
Die 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst das lichtemittierende Bauteil 20 mit drei Emissionsbereichen 201, 202, 203, eine Halterung 30 und die Lichtfaser 1. Mittels der Halterung 30 ist die relative Position der Lichtfaser 1 zu dem lichtemittierenden Bauteil 20 festgelegt. Insbesondere sind die Lichtfaser 1 und das lichtemittierende Bauteil 20 derart angeordnet, dass den Emissionsbereichen 201, 202, 203 jeweils eine der Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a einer der Kerne 12, 13, 14 in der Abstrahlrichtung K nachgeordnet ist.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittieren die Emissionsbereiche 201, 202, 203 jeweils Primärstrahlung L201, L202, L203 mit voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen. Die Lichtfaser 1 ist dazu eingerichtet die Primärstrahlungen L201, L202, L203 zu durchmischen. In der Auskoppelzone werden die durchmischten Primärstrahlungen L201, L202, L203 aus allen Emissionsbereichen 201, 202, 203 als Mischlicht L emittiert.
Zwischen den Emissionsbereichen 201, 202, 203 und der Lichtfaser befindet sich ein Spalt, welcher mit einem transparenten Medium, beispielsweise Luft, gefüllt ist. Entlang der Abstrahlrichtung K beträgt die Spaltbreite D des Spalts maximal 500 µm.
Die 5A zeigt eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Bauteils einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das lichtemittierende Bauteil 20 umfasst drei planar kontaktierte Halbleiterchips 25 die jeweils einen Emissionsbereich 201, 202, 203 bilden. Die Halbleiterchips 25 sind jeweils mittels eines Planarkontakts 210 elektrisch leitend kontaktiert.
Die 5B und 5C zeigen eine schematische Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Bauteils 20 einer Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß alternativer Ausführungsbeispiele. Die lichtemittierenden Bauteile 20 umfassen drei oberflächenmontierbare Halbleiterchips 25 die jeweils einen Emissionsbereich 201, 202, 203 bilden. Die Halbleiterchips 25 sind auf einem gemeinsamen Kontaktsubstrat 220 angeordnet mittels dem die Halbleiterchips 25 mechanisch fixiert und elektrisch leitend kontaktiert sind.
Im Unterschied zu dem in 5B gezeigten Ausführungsbeispiel, weist das in der 5C dargestellte Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Mikrokontroller 250 auf. Der Mikrokontroller 250 ist in das Kontaktsubstrat 220 eingebettet und ist dazu eingerichtet die Halbleiterchips 25 anzusteuern.
Alternativ können die Emissionsbereiche 201, 202, 203 Teil eines gemeinsamen Halbleiterchips sein. Beispielsweise umfasst das lichtemittierende Bauteil 20 einen Halbleiterchip 25 mit mehreren Emissionsbereichen, die separat voneinander betreibbar sind und die jeweils Primärstrahlung in voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
Bezugszeichenliste

1: Lichtfaser
1Q: Querschnitt der Lichtfaser
2: Beleuchtungsvorrichtung
11: Mantel
12, 13, 14: Kern
12a, 13a, 14a: Einkoppelfläche der Kerne
17: Absorber
100: Auskoppelzone
20: lichtemittierendes Bauteil
25: Halbleiterchip
201, 202, 203: Emissionsbereich
210: Planarkontakt
220: Kontaktsubstrat
250: Mikrokontroller
30: Halterung
A: Abstand
L: Mischlicht
L201, L202, L203: Primärstrahlung
S1: erster geometrischer Schwerpunkt
S2: zweiter geometrischer Schwerpunkt
D: Spaltbreite
K: Abstrahlrichtung
X1: Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser
X12, X13, X14: Haupterstreckungsrichtung des Kerns

Claims

Lichtfaser (1) umfassend einen Mantel (11) und mindestens zwei Kerne (12, 13) zum Leiten elektromagnetischer Strahlung (L), bei der die Kerne (12, 13) an einem Ende der Lichtfaser (1) jeweils eine Einkoppelfläche (12a, 13a) aufweisen, wobei die Einkoppelflächen unterschiedlicher Kerne (12, 13) nicht zusammenhängend ausgebildet sind.
Lichtfaser (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der der Querschnitt (IQ) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (X1) der Lichtfaser (1) nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einkoppelflächen (12a, 13a) der Kerne (12, 13) jeweils nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Kerne (12, 13) entlang der Haupterstreckungsrichtung (X1) der Lichtfaser (1) helixartig verdrillt sind.
Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einkoppelflächen (12a, 13a) in einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind.
Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Mantel (11) und/oder die Kerne (12, 13) jeweils mindestens eine Auskoppelzone (100) zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung (L) aus den Kernen aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung (2) umfassend ein lichtemittierendes Bauteil (20) mit zumindest zwei Emissionsbereichen (201, 202) und eine Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der den Emissionsbereichen (201, 202) in deren jeweiliger Abstrahlrichtung (K) jeweils eine der Einkoppelflächen (12a, 13a) nachgeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der das lichtemittierende Bauteil (20) einen oberflächenmontierbaren Halbleiterchip oder einen planar kontaktierten Halbleiterchip umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der - die Einkoppelflächen (12a, 13a) jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt (S1) aufweisen, - die Emissionsbereiche (201, 202) jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt (S2) aufweisen, und - die zweiten geometrischen Schwerpunkte (S2) jeweils mit einem der ersten geometrischen Schwerpunkt (S2) entlang der Abstrahlrichtung (K) gesehen deckungsgleich sind.
Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der - die Emissionsbereiche (201, 202) dazu eingerichtet sind, jeweils Primärstrahlung (L201, L202) mit voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren, und - die Auskoppelzone (100) dazu eingerichtet ist, Mischlicht (L) zu emittieren, welches Primärstrahlung (L201, L202) aus allen Emissionsbereichen umfasst.