DE202005006915U1

DE202005006915U1 - Lichtlenkungselement für LED-Leuchte

Info

Publication number: DE202005006915U1
Application number: DE200520006915
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-04-30
Also published as: WO2006116982A2; WO2006116982A3

Abstract

Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) aus transparentem farblosem und/oder beliebig farbigem Material in beliebiger Außenkonturenführung, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht mindestens einer Leuchtdiode (3) an mindestens einer definierten Stelle (4,5) in die Fläche des Elements (1) eingekoppelt wird, innerhalb des Materials durch Reflektion gelenkt, und an mindestens einer anderen, vorbestimmten Stelle (7) definiert austritt.

Description

Problemstellung
Bisherige Leuchten, die das physikalische Prinzip des Halbleiters als Lichtquelle nutzen, haben den Nachteil, dass die lichtemittierende Fläche bei hoher Leuchtdichte sehr klein ist. Damit verbunden ist eine, unangenehme und in Extremfällen gefährliche Blendung des Betrachters. Um dieses Problem zu lösen, gibt es auf dem Markt bereits LED – Strahler mit zumeist rotationssymmetrischen Reflektoren. Diese sind jedoch in ihrer Gesamtausdehnung (Durchmesser und Höhe) relativ groß und lassen sich auf Grund ihres Volumens nicht gut zu Gruppen addieren.
Zwar wächst die benötigte Leistung und damit die Lichtausbeute der LED ständig, das führt aber zwangsläufig zu einer Verschärfung des beschriebenen Problems der hohen Leuchtdichte. Da andererseits die Lichtausbeute einer einzelnen LED trotz der Zunahme der Leistung in den vergangenen Entwicklungsschritten bei weitem noch nicht ausreicht, um annähernd normkonforme Beleuchtungsstärken zu generieren, müssen diese zwangsläufig zu Gruppen addiert werden, was wiederum die beschriebene Problematik bei den bisherigen Reflektorgrößen und -volumen verstärkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, bei Bedarf kleinformatiges, Element zu schaffen, das in geeigneter Weise für eine Lichtpunktzerlegung und Lichtlenkung sorgt, so dass eine normgerechte Beleuchtung erreichbar ist. Dabei ist außerdem zu ermöglichen, dass eine ausreichende Anzahl von LEDs in gestalterisch ansprechender Weise zu möglichst kompakten Gruppen zusammengefasst werden können, um die gewünschte Leuchtstärke zu erreichen.
Problemlösung
Die Erfindung beschreibt ein Lichtlenkungselement, welches solch eine Lichtpunktquelle auflöst, das Licht in eine gewünschte Richtung lenkt und somit für unterschiedlichste Beleuchtungszwecke einsetzbar macht.
Neben dekorativen Leuchten für alle Einsatzbereiche lassen sich Zweck- und Arbeitsleuchten z.B. für einen längeren Arbeitstisch auf diese Weise fertigen. Verschieden Lichtfarben, Qualitäten und Strahlungscharakteristiken lassen sich so leicht zu normkonformen Leuchtensystemen zusammenfassen. Darüber hinaus bietet die Erfindung die Möglichkeit, Notleuchten, u. Ä. in minimierter, langlebiger und wartungsarmer Ausführung herzustellen.
Beschreibung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
sEs zeigen:
1a Ansicht auf das Lichtlenkungselement
1b Querschnitt gemäß 1a in der Variante durchgängige Bohrung zur Lichteinkopplung
2 Querschnitt gemäß 1a in der Variante Sacklochbohrung für Lichteinkopplung
3 Querschnitt in der Variante unterschiedliche Materialdicken des Lichtlenkungselements
4a–g Detailschnitt durch Lichtlenkungselement im Bereich der Lichtauskopplung
5 Querschnitt durch Lichtlenkungselement in der Variante zwei- bzw. dreidimensional verformt
6a Ansicht des Lichtlenkungselementes mit Schnitt durch Leitungselemente mit Schnappverbindung zum Sammelleiter
6b Seitenansicht nach 6a
Erreicht werden diese Ziele durch ein plattenförmiges Lichtlenkungselement 1 aus transparentem Material (Kunststoff- oder Glaselement) mit Aufnahmeöffnung 2 für mindestens eine Leuchtdiode 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung der Außenkontur des Lichtlenkungselementes 1 das Licht der LED 3 aufgrund der Winkelverhältnisse teilweise totalreflektiert oder weitgehend ungehindert austreten lässt. Die Wirkungsweise ermöglicht die Ausformung eines weitgehend flachen Reflektorelementes 1 mit vorher bestimmbarer Strahlungscharakteristik.
Das plattenförmige Lichtlenkungselement 1 kann dabei in unterschiedlichen Herstellungstechniken, u. a. abhängig von gewünschter Ausformung und Stückzahl produziert sein. Zum einen bietet sich ein aus einer gegossenen oder extrudierten Kunststoffplatte erstelltes Element an, das anschließend spanabhebend bearbeitet, poliert oder auch zwei- oder dreidimensional verformt sein kann. Als Ausführungsalternative ist eine Herstellung als gegossenes und evtl. weiterbearbeitetes Formteil vorgesehen.
Grundsätzlich gibt es mindestens zwei Ausführungsvarianten der Einkopplung des Lichts. Wie in 1b dargestellt, ist das Lichtlenkungselement 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2 versehen, bei der die Leuchtdiode 3 ihr Licht in die polierte oder mattierte oder beliebig anders profilierte oder strukturierte Seitenfläche 4 der Bohrung 2 einkoppelt.
Wie in 3 dargestellt, befindet sich die Einkopplung des Lichts an den Seitenflächen 4 und an der Bodenfläche 5 einer nicht durchgängigen Sacklochbohrung 2 im Lichtlenkungselement 1. Auch hierbei können die Lichteinkoppelflächen 4, 5 der Sacklochbohrung 2 poliert oder mattiert oder beliebig anders profiliert oder strukturiert sein.
Bei beiden Ausführungsbeispielen der Lichteinkopplung ist die Dicke des Lichtlenkelements 1 auf die lichtemittierende Höhe der LED 3 abgestimmt und darf diese nicht unterschreiten. Eine dickere Materialstärke in diesem Bereich der Lichteinkopplung ist eine weitere Ausführungsart.
Wie in 3 nur exemplarisch dargestellt ist, kann außerhalb des Bereichs der Lichteinkopplung 4, 5 das Lichtlenkelement 1 zum Zweck der Lichtlenkung und Lichtreflektion innerhalb des Elementes 1 eine andere Dicke haben, die über oder unterhalb der Dicke im Bereich der Lichteinkopplung liegt.
Zum Zweck der gewünschten Totalreflektion des Lichts innerhalb des Lichtlenkelements 1 bei einem Lichtauftreffwinkel > 45° kann die entsprechende Fläche mittels einer Folie 6, Bedampfung 6 oder anderer Beschichtungstechnik 6 verspiegelt, oder poliert sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem keine Totalreflektion, sondern ein teilweises Durchscheinen des Lichts in dem Bereich eines Lichtauftreffwinkels > 45° gewünscht ist, kann diese Fläche 6 nur partiell verspiegelt (z.B. gelocht, gerastert, gestreift) sein. Darüber hinaus ist eine beliebige Profilierung, Facettierung oder Strukturierung der Fläche 6 möglich.
Die Kantenbereiche 7, in denen das Licht ausgekoppelt wird, sind poliert, bei gewünschter Streuung des Lichts mattiert oder mit lichtlenkenden Zusatzelementen 8 versehen, wie exemplarisch in 4g dargestellt.
Wie in den 4a – 4g nur an einigen Beispielen exemplarisch dargestellt, können die Lichtaustrittskanten 7 des Lichtlenkungselementes 1 vielfältig profiliert, facettiert oder strukturiert sein. Diese Ausformung der Kante 7 kann sich identisch oder in einer anderen Ausprägung im Reflektionskantenbereich 6 fortsetzen.
Bei dem Einsatz mehrerer LEDs 3 in einem Lichtlenkungselement 1 sollen die Lichtfarben (innerhalb der üblichen Herstellertoleranzen) identisch sein. Als alternatives Ausführungsbeispiel dazu ist der Einsatz verschiedenfarbiger LEDs denkbar, wobei sich die gewünschte Lichtfarbe beim Lichtaustritt aus dem Element 1 mischt.
Als weiteres Ausführungsbeispiel ist beim Einsatz unterschiedlicher Lichtfarben der LEDs 3 eine Schaltung und Steuerung jeder einzelnen LED 3 möglich, z.B. zur Erzielung eines dynamischen Farbverlaufes.
Bezgl. der Ausformung des plattenförmigen Lichtlenkungselementes 1 sind nicht nur planparallele oder sich in ihrer Dicke verändernde Elemente zu verwenden, sondern prinzipiell ist jede zwei- oder dreidimensionale Verformung eines Plattenmaterials möglich. Die daraus resultierende Änderung der Lichtaustrittsrichtung über die entsprechenden Elementkanten 7 ist gezielt einsetzbar.
Die Spannungsversorgung erfolgt vorzugsweise über Leitungselemente 9, die auf oder in dem Lichtlenkungselement 1 geführt werden und bei Addition mehrerer Elemente 1 in einem Sammelleiter 10 zusammentreffen. Der Sammelleiter 10 kann dabei auch die tragende Funktion für die Lichtlenkungselement 1 übernehmen, die z.B. über Schnapp- oder Federverbindungen 12 befestigt sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann diese Schnapp- oder Federverbindung 12 auch die Kontaktierung der Niedervoltversorgung der LEDs 1 bilden. Dieses ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Spannungsversorgung als flache, spiegelnde Bänder 11 ausgeführt werden, die die Totalreflektion des Lichts bei einem Lichtauftreffwinkel > 45° ermöglicht.

Claims

Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) aus transparentem farblosem und/oder beliebig farbigem Material in beliebiger Außenkonturenführung, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht mindestens einer Leuchtdiode (3) an mindestens einer definierten Stelle (4,5) in die Fläche des Elements (1) eingekoppelt wird, innerhalb des Materials durch Reflektion gelenkt, und an mindestens einer anderen, vorbestimmten Stelle (7) definiert austritt.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Materials im Bereich der Lichteinkopplung (4) gleichgroß od. größer ist, als die lichtemittierende Höhe der Leuchtdiode (3).
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Materials außerhalb des Bereichs der Lichteinkopplung (4) zum Zweck der Reflektion innerhalb des Elements (1) und zur Lichtlenkung gleichgroß, größer oder kleiner ist, als die lichtemittierende Höhe der Leuchtdiode (3).
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Leuchtdiode (3) ihr Licht konzentrisch, scheibenförmig, abgibt und damit ihr Licht in optimierter Weise in die polierten oder mattierten und/oder beliebig profilierten oder strukturierten Seitenflächen (4) einer durchgängigen Bohrung (2) des Elementes (1) einkoppelt.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Leuchtdiode (3) ihr Licht konzentrisch, scheibenförmig, abgibt und damit ihr Licht in optimierter Weise in die polierten oder mattierten und/oder beliebig profilierten oder strukturierten Seitenflächen (4) und Bodenfläche (5) einer nicht durchgängigen Sacklochbohrung (2) des Elementes (1) einkoppelt.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass definierte Kantenbereiche (6) des Elementes (1) zur Erzielung einer Totalreflektion ab einem Lichtauftreffwinkel > 45° vollflächig oder partiell (z.B. gerastert oder lochpunktiert) verspiegelt oder poliert sind.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass definierte Kantenbereiche (6) des Elementes (1) zur Erzielung einer Totalreflektion ab einem Lichtauftreffwinkel > 45° beliebig profiliert, facettiert, strukturiert sind.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass andere, definierte Kantenbereiche des Elementes (1) zur Lichtauskopplung (7) poliert oder mattiert sind.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass andere, definierte Kantenbereiche des Elementes (1) zur Lichtauskopplung (7) beliebig profiliert, facettiert, strukturiert oder mit Zusatzelementen (8) zur Lichtlenkung versehen sind.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfarbe aller eingesetzten Leuchtdioden (3) den üblichen Herstellertoleranzen entsprechend identisch ist.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfarbe aller eingesetzten Leuchtdioden (3) verschieden ist und sich die Lichtfarbe beim Austritt aus dem Lichtlenkungselement (1) nach Wunsch mischt.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfarbe aller Leuchtdioden (3) verschieden ist, wobei die Leuchtdioden (3) unterschiedlicher Lichtfarben getrennt voneinander schalt- und/oder steuerbar sind, z.B. zur Erzielung eines dynamischen Farbverlaufes.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in mindestens eine beliebige Richtung verformt ist, woraus eine Änderung der Lichtaustrittrichtung resultieren kann (5).
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in beliebige Richtung dreidimensional frei verformt ist, woraus eine Änderung der Lichtaustrittrichtung resultieren kann.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Spannungsversorgung des Leuchtmittels (3) nötigen Leitungselemente (9) frei zu einem Sammelleiter (10) geführt werden.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1), nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Spannungsversorgung des Leuchtmittels (3) nötigen Leitungselemente (9) auf oder in dem Lichtlenkungselement (1) geführt werden.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1), nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsversorgenden Leitungselemente als flache, spiegelnde Bänder (11) gleichzeitig die Lichtreflektion an definierten Kanten oder Flächen unterstützen.
Plattenförmiges Lichtlenkungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Leitungselemente an einen Sammelleiter (10) mittels lösbarer Schnapp- oder Federverbindung (12) gleichzeitig das Lichtlenkungselement (1) trägt.