DE10315131A1 - Scheinwerfer für Fahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mindestens einem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips aufweisenden flächenhaften Leuchtfeld und mit einem sich im Strahlengang des von dem Leuchtfeld ausgesandten Lichtbündels angeordneten Optikelement, wobei die Leuchtelementen-Chips des Leuchtfeldes in einer gemeinsamen Ausnehmung angeordnet sind und dass die Ausnehmung auf einer in Lichtabstrahlrichtung zugewandten Seite eine Randkante derart in räumlicher Anordnung zu den Leuchtelementen-Chips aufweist, dass ein vorgegebener Leuchtdichtegradient in einer Lichtverteilung des Scheinwerfers im Bereich der Randkanten ausgebildet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mindestens einem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips aufweisenden flächenhaften Leuchtfeld und mit einem sich im Strahlengang des von dem Leuchtfeld ausgesandten Lichtbündels angeordneten Optikelement.
- Aus der
DE 100 09 782 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, in dem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips in Form einer Matrix angeordnet sind. Zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtfunktionen kann eine Gruppe von unterschiedlichen Leuchtelementen-Chips angesteuert werden, so dass eine vorgegebene Leuchtdichteverteilung in Verbindung mit einem dem Leuchtfeld vorgelagerten Optikelement erzeugt werden kann. - Auch aus der
EP 1 270 324 A2 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips bekannt, wobei unterschiedliche Gruppen von Leuchtelementen-Chips ansteuerbar sind zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtfunktionen. Die Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips bilden ein flächenhaftes Leuchtfeld, das ein Lichtbündel in Lichtabstrahlungsrichtung zu einem als Sammellinse ausgebildeten Optikelement aussendet. Das Optikelement sammelt das von dem Leuchtfeld ausgesandte Lichtbündel entsprechend einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung. - Bei den bekannten Scheinwerfern ist das flächenhafte Leuchtfeld durch ein zweidimensionales Array gebildet, in dem die Leuchtelemente-Chips dicht gepackt und regelmäßig zusammengefasst sind.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass zum einen ein platzsparender und kompakter Auf bau gewährleistet ist und zum anderen die Effektivität des Scheinwerfer erhöht wird.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtelemente-Chips des Leuchtfeldes in einer gemeinsamen Ausnehmung angeordnet sind und dass die Ausnehmung auf einer in Lichtabstrahlrichtung zugewandten Seite eine Randkante derart in räumlicher Anordnung zu den Leuchtelementen-Chips aufweist, dass ein vorgegebener Leuchtdichtegradient in einer Leuchtdichteverteilung des Scheinwerfers im Bereich der Randkanten ausgebildet wird.
- Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung durch eine gewählte räumlich in Beziehung zu den Leuchtelementen-Chips stehende Randkante eines Leuchtfeldes die Ausbildung einer relativ scharfen Hell-Dunkel-Grenze in der Leuchtdichteverteilung des Scheinwerfers. Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips in räumliche Anordnung zu einer Randkante zu positionieren, so dass in einer Leuchtdichteverteilung entlang einer Linie senkrecht zur Randkante ein steiler Leuchtdichtegradient gebildet ist. Hierdurch kann in Verbindung mit dem vorgelagerten Optikelement eine wesentlich verbessert ausgebildete Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausnehmung zur Aufnahme der Leuchtelement-Chips wannenförmig ausgebildet, wobei die Randkante durch das freie Ende einer sich von einer Basisseite des Leuchtfeldes erstreckenden Randwandung gebildet ist. Vorteilhaft kann die Ausnehmung als gemeinsames Gehäuse für die Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips dienen, wobei durch gezielte relative räumliche Anordnung von einem Teil der Leuchtelemente-Chips zu der Randkante die Bildung einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze maßgeblich gefördert wird.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Form der Ausnehmung bzw. der Verlauf der Randkante bzw. der Randwandung der Ausnehmung auf die zu erzeugende Leuchtdichteverteilung abgestimmt. Die Form der Ausnehmung bzw. der Randkante prägt somit die Leuchtdichteverteilung, wobei beispielsweise mittels einer mit einem Knick versehenen Randkante eine asymmetrische Leuchtdichteverteilung erzeugt werden kann.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausnehmung mit einem lichtkonvertierenden Leuchtstoff aufgefüllt, so dass das von den Leuchtelementen-Chips ausgesandte Licht in weißes Licht umgewandelt wird. Vorteilhaft ist der Leuchtstoff in einem Vergussmaterial integriert angeordnet, so dass platzsparend zum einen eine Lichtkonversion und zum anderen eine mechanische Schutzabdeckung der Leuchtelementen-Chips gegeben ist.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Bodenfläche der Ausnehmung verspiegelt ausgebildet, so dass eine Leuchteffizienzsteigerung gegeben ist und zum anderen die Steilheit der Leuchtdichtegradienten in gewünschter Weise beeinflusst werden kann.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1a eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
1b eine Lichtverteilung des Scheinwerfers gemäß1a , -
2 eine perspektivische Darstellung einer die Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips aufweisenden Leuchtplatte des Scheinwerfer gemäß1a , -
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß2 , -
4a eine Draufsicht auf ein Leuchtfeld des Scheinwerfers gemäß1a bzw. auf eine Leuchtplatte des Scheinwerfers gemäß2 , -
4b eine Leuchtdichteverteilung des Leuchtfeldes gemäß4a entlang der Linien a und b, -
5a eine schematische Perspektivansicht eines Scheinwerfers nach einer zweiten Ausführungsform, -
5b eine Lichtverteilung des Scheinwerfer gemäß5a , -
6a eine Draufsicht auf ein Leuchtfeld des Scheinwerfers gemäß5a , -
6b eine Leuchtdichteverteilung des Leuchtfeldes gemäß6a entlang der Linien a und b, -
7a eine schematische Perspektivansicht eines Scheinwerfers nach einer dritten Ausführungsform, -
7b eine Lichtverteilung des Leuchtfeldes gemäß7a entlang der Linien a und b, -
8a eine Draufsicht auf ein Leuchtfeld des Scheinwerfers gemäß7a und -
8b eine Leuchtdichteverteilung des Leuchtfeldes gemäß8a entlang der Linien a und b. - Ein Scheinwerfer für Fahrzeuge gemäß einer ersten Ausführungsform nach
1a bis4b besteht im wesentlichen aus einer Leuchtplatte1 und einem Optikelement2 , die in herkömmlicher Art und Weise in einem nicht dargestellten Scheinwerfergehäuse befestigt sind. Alternativ können auch mehrere Leuchtplatten1 vorgesehen sein, die in Kombination eine gemeinsame Lichtverteilung ergeben. - Die Leuchtplatte
1 weist ein dreieckförmiges Leuchtfeld3 auf, in dem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips4 angeordnet sind. - Wie besser aus den
2 und3 zu ersehen ist, weist die Leuchtplatte1 eine Ausnehmung5 auf, an deren Bodenfläche6 die Leuchtelemente-Chips4 befestigt sind. Die Ausnehmung5 ist als Wanne ausgebildet, wobei sich von der Bodenseite6 randseitig aufrechte Randwandungen7 in Richtung einer Lichtabstrahlrichtung8 des Leuchtfeldes3 erstrecken. Das freie Ende der Randwandung7 bildet eine Randkante9 , von der aus sich eine die Ausnehmung5 begrenzende Vorderseite10 der Leuchtplatte1 in einer Ebene erstreckt. Die Leuchtplatte1 ist quaderförmig ausgebildet. - Die Bodenseite
6 kann verspiegelt ausgebildet sein, damit die Leuchtdichteverteilung verbessert wird. - Wie aus
1a deutlich wird, liegt die Leuchtplatte1 mit der Vorderseite10 an einer Lichteinkoppelfläche11 des Optikelementes2 an. - Das Optikelement
2 dient als Lichtleitelement und weist in Lichtabstrahlrichtung8 eine konvexförmige Lichtaustrittsfläche12 auf. - In
1b ist die Lichtverteilung dieses Scheinwerfers dargestellt, wobei unterschiedliche Bereiche L1, L2, L3 des Leuchtfeldes3 für unterschiedliche Intensitäten I1, I2, I3 der Leuchtdichteverteilung verantwortlich sind. - Wie insbesondere aus den
4a und4b deutlich wird, sind die Leuchtelemente-Chips4 in der in Draufsicht dreieckförmigen Ausnehmung5 ebenfalls in dreieckförmiger Anordnung positioniert, wobei der Abstand der einer bevorzugten Randwandung7' der dreieckförmigen Ausnehmung5 zugewandten Leuchtelemente-Chips4 zu der Randwandung7' gering ist. Vorzugsweise liegen diese Leuchtelemente-Chips4 unmittelbar an der entsprechenden Randwandung7' an. Der Zwischenraum zwischen den Leuchtelemente-Chips4 und den anderen Randwandungen7'' ist ausgefüllt durch einen Füllstoff mit einem lichtsammelnden oder lichtkonvertierenden Zusatzmaterial. Vorzugsweise sind die Leuchtelemente-Chips4 vollständig von einem Vergussmaterial13 überdeckt, das sich von der Bodenseite6 bis zu einer Ebene erstreckt, in der die Vorderseite10 verläuft. Das Vergussmaterial13 weist insbesondere einen lichtkonvertierenden Leuchtstoff auf, mittels dessen das an sich von den Leuchtelementen-Chips4 emittierte blaue Licht durch additive Farbmischung in weißes Licht konvertiert wird. - Die Leuchtelemente-Chips können als Volumenstrahler ausgebildet sein mit der Größe von 1 mm2. Die Leuchtelemente-Chips
4 sind derart aufgebaut, dass sie in seitlicher Richtung, dass heißt senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung, Licht aussenden können. Die Leuchtelemente-Chips4 sind vorzugsweise als Leuchtdioden-Chips (LED-Chips) ausgebildet. - Wie aus der Leuchtdichteverteilung L entlang der Linien a und b gemäß
4b deutlich wird, wirkt sich der seitliche Abstand der Leuchtelemente-Chips4 zu den jeweiligen Randwandungen7 ,7' ,7'' maßgeblich auf den Verlauf eines Leuchtdichtegradienten G aus. Ein Gradient G' im Bereich der bevorzugten Randwandung7' ist relativ groß ausgebildet, dass heißt die Leuchtdichteverteilung weist in diesem Bereich einen steilen Anstieg auf, so dass in Verbindung mit dem Optikelement2 eine relativ scharfe Hell-Dunkel-Grenze HDG erzielt werden kann. Die anderen Übergänge in den Bereichen der Randwandung7'' weisen einen kleineren Leuchtdichtegradienten G'' auf. - Nach einer zweiten Ausführungsform eines Scheinwerfer gemäß
5a bis6b ist eine Leuchtplatte20 mit einem rechteckförmigen Leuchtfeld21 vorgesehen. Die Leuchtplatte20 liegt flächig auf einer Bodenfläche22 eines Optikelementes23 an. Das Optikelement23 weist eine bogenförmige Reflexionsfläche24 auf, die nach Art einer Freiformfläche gebildet ist, so dass eine Leuchtdichteverteilung gemäß5b erzeugt wird. - Wie aus
6a und6b zu ersehen ist, liegen die Leuchtelemente-Chips4 relativ nah an einer bevorzugten Randwandung25' an, so dass ein relativ großer Leuchtdichtegradient G' erzielbar ist. Dieser ermöglicht die relativ scharfe Hell-Dunkel-Grenze HDG, wobei der asymmetrische Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze HDG (15° Anstieg) durch die bauchige Form der Reflexionsfläche24 des Optikelementes23 erzeugt wird. - In
5b ist das Intensitätsmaximum I2 dargestellt, das durch die vier Leuchtelemente-Chips4 in der Breite und Form bestimmt wird. Die Intensität I1 an der Hell-Dunkel-Grenze HDG wird bestimmt durch den starken Abfall der Leuchtdichte L1 im Bereich der bevorzugten Randwand25' . Der Abstand der Leuchtelemente-Chips4 zu den weiteren Randwänden25'' ist größer gewählt, so dass die entsprechenden Leuchtdichtegradienten G'' flacher ausgebildet sind. Der Abstand der Leuchtelemente-Chips4 zu den Randwänden25 ist ein Maß für die Steilheit des Leuchtdichteabfalls bzw. zur Größe des Leuchtdichtegradienten G. - Nach einer dritten Ausführungsform gemäß
7a bis8b ist eine Leuchtplatte30 mit einer asymmetrisch ausgebildeten Leuchtfeld/Ausnehmung31 vorgesehen. Das Leuchtfeld bzw. die Ausnehmung31 werden in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durch Randwandungen32 begrenzt, wobei eine bevorzugte Randwandung32' eine Knickstelle33 aufweist, von der aus sich ein Abschnitt der Randwandung32' unter einem Winkel von 50° weiter erstreckt. An den beiden durch die Knickstelle33 getrennten Abschnitten der Randwandung32' liegen unmittelbar mit ihren Seitenwänden die Leuchtelemente-Chips4 an, so dass ein großer Leuchtdichtegradient G' zur Bildung der Hell-Dunkel-Grenze HDG gebildet ist. - Wie aus
7a und7b ersichtlich ist, ein als Linse ausgebildetes Optikelement34 , das in einem Abstand zu der Leuchtplatte30 angeordnet ist, vorgesehen. Ein unterer Bereich L1 des Leuchtfeldes, der entlang der bevorzugten Randwandung32' verläuft, korrespondiert zu einem Intensitätsbereich I1 der Lichtverteilung, an dessen Rand die Hell-Dunkel-Grenze HDG verläuft. Ein oberer Bereich L2 des Leuchtfeldes wird in einem unteren Intensitätsbereich I2 der auf einem im normierten Abstand angeordneten Messschirm abgebildeten Lichtverteilung abgebildet. Die Leuchtplatte30 ist vorzugsweise in einer Brennebene der Linse34 angeordnet. - Den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der größte Bereich der Ausnehmung durch die Leuchtelemente-Chips
4 ausgefüllt wird, jedoch zur Bildung einer Hell-Dunkel-Grenze HDG der Abstand von Gruppen der Leuchtelemente-Chips4 zu der Randkante relativ gering oder null gewählt ist. Die unterschiedlichen Geometrien der Leuchtfelder können zur Generierung unterschiedliche Lichtverteilungen, insbesondere jeweils zur Bildung von Basislicht, asymmetrischem Licht oder anderen Lichtkonfigurationen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Der so gebildete Scheinwerfer kann beispielsweise zur Erzeugung einer Abblendlicht-, Fernlicht-, Autobahnlicht- und/oder Kurvenlichtfunktion dienen.
Claims (10)
- Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mindestens einem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips aufweisenden flächenhaften Leuchtfeld und mit einem sich im Strahlengang des von dem Leuchtfeld ausgesandten Lichtbündels angeordneten Optikelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtelemente-Chips (
4 ) des Leuchtfeldes (3 ,21 ,31 ) in einer gemeinsamen Ausnehmung (5 ) angeordnet sind und dass die Ausnehmung (5 ) auf einer in Lichtabstrahlrichtung (8 ) zugewandten Seite eine Randkante (9 ,25 ,32 ) derart in räumlicher Anordnung zu den Leuchtelementen-Chips (4 ) aufweist, dass ein vorgegebener Leuchtdichtegradient (G, G', G'') in einer Lichtverteilung (L) des Scheinwerfers im Bereich der Randkanten (9 ,25 ,32 ) ausgebildet wird. - Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
5 ) wannenförmig ausgebildet ist mit einer sich senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung (8 ) des Leuchtfeldes (3 ) verlaufenden und sich von einer Bodenseite (6 ) der Ausnehmung (5 ) erhebenden Randwandung (7 ,7' ,7'' ), an deren der Bodenseite (6 ) abgewandten Seite die Randkante (9 ) verläuft. - Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Randkante (
9 ) umlaufend in einer Ebene verläuft, die senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Leuchtfeldes (3 ) orientiert ist. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Randwandung (
7 ,7' ) und/oder der Randkante (9 ) derart ausgebildet ist, dass in Verbindung mit dem vorgelagerten Op tikelement (2 ,23 ,34 ) eine vorgegebene Leuchtdichteverteilung erzeugt wird. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Randwandung (
7 ,7' ) und/oder die Rankante (9 ) der Ausnehmung (5 ) in Draufsicht rechteckförmig oder dreieckförmig oder kreisausschnittförmig verläuft und dass die Randkante (32 ,32' ) eine Knickstelle (33 ) aufweist zur Bildung einer asymmetrischen Hell-Dunkel-Grenze (HDG). - Scheinwerter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden-Chips (
4 ) unmittelbar angrenzend zumindest an der die Hell-Dunkel-Grenze (HDG) erzeugenden Randkante (9 ) aufweisenden Randwandung (7 ,7' ) angeordnet sind. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (
5 ) mit einem lichtkonvertierenden Leuchtstoff aufgefüllt ist, derart, dass das von den Leuchtelementen-Chips (4 ) ausgesandte Licht in weißes Licht umgewandelt wird. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtkonvertierende Leuchtstoff in einem die Ausnehmung (
5 ) abdeckenden Vergussmaterial integriert ist. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenseite (
6 ) der Ausnehmung (5 ) verspiegelt ausgebildet ist. - Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtfeld (
3 ) in einer Leuchtplatte (1 ) integriert ist, wobei die Ausnehmung (5 ) in einer senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung (8 ) verlaufenden Vorderseite (10 ) der Leuchtplatte (1 ) eingefasst ist.
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