DE202016105104U1 - Arrangement for emitting light - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Lichtabgabe mit • einem sich entlang einer ersten Richtung (L) erstreckenden Lichtleiter (10), der eine erste Seite (15) sowie eine der ersten Seite (15) gegenüberliegende zweite Seite (20) aufweist, • einer LED-Lichtquelle (50), die an einem Endbereich (11) des Lichtleiters (10), der ersten Seite (15) zugewandt angeordnet ist, so dass ein Endbereich (16) der erste Seite (15) eine Lichteintrittsfläche für das von der LED-Lichtquelle (50) abgegebene Licht bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (20) im Endbereich (11) des Lichtleiters (10) eine nicht-ebene Konfiguration aufweist, derart, dass über die Lichteintrittsfläche eintretende Lichtstrahlen an der zweiten Seite (20) total-reflektiert werden.Arrangement for emitting light with a light guide (10) extending along a first direction (L), which has a first side (15) and a second side (20) opposite the first side (15), an LED light source (50 ) disposed on an end region (11) of the light guide (10), facing the first side (15), such that an end region (16) of the first side (15) has a light entry surface for the light source (50) emitted light, characterized in that the second side (20) in the end region (11) of the light guide (10) has a non-planar configuration, such that light rays entering via the light entrance surface on the second side (20) are totally reflected ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lichtabgabe, welche einen sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Lichtleiter sowie eine zugehörige LED-Lichtquelle aufweist, deren Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird.The present invention relates to an arrangement for emitting light, which has a light guide extending along a first direction and an associated LED light source whose light is coupled into the light guide.
Lichtleiter finden in der Beleuchtungstechnologie in der Regel dann Verwendung, wenn im Vergleich zur Oberfläche der eigentlichen Lichtquelle über eine größere Fläche hinweg Licht möglichst gleichmäßig abgegeben werden soll. Die hierbei verwendeten Lichtleiter sind in der Regel plattenförmig ausgeführt, wobei die Lichtabgabe über eine der beiden oder ggf. auch über beide Seiten des Lichtleiters erfolgt. Licht eingekoppelt wird hingegen üblicherweise über eine Schmalseite des Lichtleiters, wobei hierfür die Lichtquellen dann also seitlich des Lichtleiters angeordnet sind. Während früher längliche Lichtquellen in Form von Leuchtstofflampen oder Gasentladungslampen zum Einsatz kamen, werden nunmehr üblicherweise Lichtquellen auf LED-Basis zum Einsatz gebracht. Es werden dann also beispielsweise längliche LED-Platinen anstelle der Leuchtstofflampen seitlich eines plattenförmigen Lichtleiters angeordnet.Optical fibers are generally used in lighting technology when compared to the surface of the actual light source, light should be emitted as evenly as possible over a larger area. The light guides used in this case are usually designed plate-shaped, wherein the light output via one of the two or possibly also takes place on both sides of the light guide. Light is coupled, however, usually via a narrow side of the light guide, for which purpose the light sources are then arranged so the side of the light guide. While previously elongated light sources in the form of fluorescent lamps or gas discharge lamps were used, LED-based light sources are now commonly used. It will then be arranged, for example, elongated LED boards instead of the fluorescent lamps side of a plate-shaped light guide.
Diese seitliche Einkopplung des Lichts, also über eine Fläche, die im Wesentlichen senkrecht zur Lichtabgabefläche des Lichtleiters ausgerichtet ist, stellt in der Regel die effizienteste Lösung dar, Licht in einen Lichtleiter einzukoppeln und dann möglichst gleichmäßig über dessen Lichtstrahlfläche abzustrahlen. In gewissen Situationen ist allerdings eine entsprechende Anordnung der Lichtquellen nicht möglich. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Lichtleiter nicht durch weitere Komponenten seitlich umrahmt werden soll oder tatsächlich aufgrund der Gestaltung des Lichtleiters eine seitliche Anordnung der Lichtquellen nicht möglich ist.This lateral coupling of the light, that is to say over a surface which is oriented essentially perpendicular to the light emission surface of the light guide, is usually the most efficient solution for coupling light into a light guide and then emitting it as evenly as possible over its light beam surface. In certain situations, however, a corresponding arrangement of the light sources is not possible. This may be the case, for example, if the optical waveguide is not to be framed laterally by other components or, in fact, a lateral arrangement of the light sources is not possible due to the design of the optical waveguide.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, auch in den oben beschriebenen Situationen eine möglichst gleichmäßige Lichtabgabe über einen Lichtleiter zu erzielen.The present invention is therefore based on the object to provide a way to achieve the most uniform possible light output via a light guide in the situations described above.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Lichtabgabe, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by an arrangement for emitting light, which has the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet sich insbesondere bei der Nutzung länglicher bzw. stabartiger Lichtleiter an. Allerdings kann das Konzept in gleicher Weise auch bei plattenförmigen Lichtleitern zum Einsatz kommen. Dabei ist zunächst vorgesehen, dass an einer Seite des Lichtleiters, genauer genommen an einem entsprechenden Endbereich des Lichtleiters der ersten Seite zugewandt eine LED-Lichtquelle angeordnet ist, so dass diese erste Seite im Endbereich des Lichtleiters eine Lichteintrittsfläche für das von der LED-Lichtquelle abgegebene Licht bildet. Eine der ersten Seite gegenüber liegende zweite Seite des Lichtleiters ist dann im Endbereich derart gestaltet, dass sie eine nicht-ebene Konfiguration aufweist, derart, dass über die Lichteintrittsfläche eintretende Lichtstrahlen an diesem nicht-ebenen Bereich total-reflektiert werden.The solution according to the invention lends itself in particular to the use of elongated or rod-like light guides. However, the concept can also be used in the same way for plate-shaped light guides. In this case, it is initially provided that an LED light source is arranged on one side of the light guide, more precisely on a corresponding end region of the light guide of the first side, so that this first side in the end region of the light guide has a light entry surface for the light emitted by the LED light source Light forms. A second side opposite the first side of the light guide is then designed in the end region such that it has a non-planar configuration such that light rays entering via the light entry surface are totally reflected at this non-planar region.
Während also bislang oftmals die Gefahr bestand, dass bei einer Lichteinkopplung über eine Seite des Lichtleiters ein Großteil des Lichts in dem dem Bereich der Lichteinkopplung gegenüber liegenden Bereich der zweiten Seite bereits wieder aus dem Lichtleiter austritt und dementsprechend dieser Bereich des Lichtleiters deutlich heller erscheint als weitere Bereiche des Lichtleiters, wird erfindungsgemäß durch die Gestaltung derart, dass hier eine Totalreflexion der Lichtstrahlen erzielt wird, das Licht derart beeinflusst, dass es sich effizienter und damit gleichmäßiger über den gesamten Lichtleiter hinweg verteilen kann. Trotz der nicht optimalen Positionierung der LED-Lichtquelle wird hierdurch eine Einkoppeleffizienz in den Lichtleiter erzielt, die in etwa der Einkoppeleffizienz bei einer stirnseitigen bzw. seitlichen Anordnung der LED(s) entspricht. Insbesondere wird hierbei auch vermieden, dass diejenigen Bereiche des Lichtleiters, in denen die Lichtquellen positioniert sind, als deutlich wahrnehmbare hellere Bereiche erscheinen.So far while there was often the danger that when a light coupling on one side of the light guide, a majority of the light in the region of the light coupling opposite area of the second side already exits the light guide again and accordingly this area of the light guide appears much brighter than others Regions of the light guide, according to the invention by the design such that here a total reflection of the light beams is achieved, the light is influenced so that it can be distributed more efficiently and thus more uniform over the entire light guide. Despite the non-optimal positioning of the LED light source, a coupling-in efficiency in the light guide is thereby achieved which corresponds approximately to the coupling-in efficiency with an end-side or lateral arrangement of the LED (s). In particular, it is also avoided in this case that the regions of the light guide in which the light sources are positioned appear as clearly perceptible brighter areas.
Erfindungsgemäß wird also eine Anordnung zur Lichtabgabe vorgeschlagen, welche einen sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Lichtleiter aufweist, der eine erste Seite sowie eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, wobei ferner eine LED-Lichtquelle vorgesehen ist, die an einem Endbereich des Lichtleiters der ersten Seite zugewandt angeordnet ist, so dass die erste Seite im Endbereich eine Lichteintrittsfläche für das von der LED-Lichtquelle abgegebene Licht bildet, und wobei die zweite Seite im Endbereich des Lichtleiters eine nicht-ebene Konfiguration aufweist, derart, dass über die Lichteintrittsfläche eintretende Lichtstrahlen total-reflektiert werden.According to the invention, therefore, an arrangement for emitting light is proposed, which has a first direction extending along a light guide having a first side and a first side opposite second side, further comprising an LED light source is provided at an end portion of the light guide of disposed on the first side, so that the first side in the end region forms a light entry surface for the emitted light from the LED light source, and wherein the second side in the end region of the light guide has a non-planar configuration, such that light rays entering via the light entry surface to be totally reflected.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Maßnahme gewährleistet also, dass in den Lichtleiter eingekoppelte Lichtstrahlen diesen nicht sofort wieder verlassen, sondern stattdessen gleichmäßig in bekannter Weise aufgrund von Totalreflexionen über den Lichtleiter verteilt werden. Zur Auskopplung des Lichts über die zweite Seite kann dann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Seite angrenzend an den Lichteintrittsbereich Strukturen aufweist, die bevorzugt quer zur Längsrichtung des Lichtleiters ausgerichtet sind und insbesondere in Form von Flankenabschnitten realisiert sind, die derart ausgerichtet sind, dass Lichtstrahlen an diesen Flankenabschnitten so reflektiert werden, dass das Licht den Lichtleiter über die zweite Seite verlassen kann. Weiterhin kann die erste Seite zusätzlich allerdings auch derart ausgebildet sein, dass ein gewisser Anteil des Lichts auch über die erste Seite abgegeben wird, so dass dieser Anteil beispielsweise zu einer indirekten Beleuchtung oder zur Realisierung weiterer Beleuchtungseffekte genutzt werden kann. The above-described measure according to the invention therefore ensures that light beams coupled into the optical waveguide do not immediately leave them, but instead are uniformly distributed in a known manner due to total reflections over the optical waveguide. In order to decouple the light via the second side, it can then be provided according to a preferred embodiment that the first side adjacent to the light entry region has structures which are preferably aligned transversely to the longitudinal direction of the light guide and are realized in particular in the form of edge portions which are aligned such that light rays are reflected at these edge portions so that the light can leave the light guide on the second side. Furthermore, however, the first side may additionally be designed in such a way that a certain proportion of the light is also emitted via the first side, so that this component can be used, for example, for indirect illumination or for the realization of further illumination effects.
Dadurch, dass die Lichtquelle im Endbereich des Lichtleiters angeordnet ist, weist das über die zweite Seite abgegebene Licht eine gewisse Vorzugsrichtung auf. Um hier eine nochmals etwas gleichmäßigere Lichtabgabe erzielen zu können, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass diese zweite Seite eine zumindest leicht lichtstreuende Wirkung aufweist. Auf dieser Oberfläche können also entsprechende lichtstreuende Strukturen vorgesehen sein, die beispielsweise durch eine Aufrauhung der Oberfläche oder durch das Anordnen entsprechender Streustrukturen wie Prismenstrukturen oder dergleichen realisiert sein können.Because the light source is arranged in the end region of the light guide, the light emitted via the second side has a certain preferred direction. In order to be able to achieve a somewhat more even light emission here, it may be preferred that this second side has an at least slightly light-scattering effect. Accordingly, corresponding light-scattering structures can be provided on this surface, which can be realized, for example, by roughening the surface or arranging corresponding scattering structures such as prismatic structures or the like.
Kommen stabförmige Lichtleiter bei dem erfindungsgemäßen Konzept zum Einsatz, so kann vorgesehen sein, dass die Anordnung insgesamt mehrere Lichtleiter aufweist, welche sich ausgehend von einem gemeinsamen Schnittpunkt in unterschiedliche Richtungen erstrecken. Die Lichtquelle ist dann vorzugsweise im Bereich des Schnittpunkts angeordnet, so dass von dieser abgegebenes Licht im Wesentlichen gleichmäßig in alle Lichtleiter eingekoppelt und in der oben beschriebenen Weise dort weitergeleitet wird. Dies eröffnet insgesamt die Möglichkeit, eine Vielzahl von entsprechenden Lichtleitern zu einer gitterartigen oder rasterartigen Struktur zusammenzusetzen. Hier kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösungen in besonders guter Weise zu tragen, da bei einer derartigen gitterartigen Struktur tatsächlich idealerweise eine verteilte Positionierung der Lichtquellen vorliegen sollte, das Lichtleitergitter allerdings trotz allem möglichst gleichmäßig hell erscheinen sollte. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann dieses Ziel erreicht werden, wobei insbesondere nicht die LED-Lichtquellen als einzelne helle Punkte wahrgenommen werden. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung kann hierbei dann darin bestehen, dass im Schnittbereich der Lichtleiter ein als sog. Mischkammer dienender Hohlkörper vorgesehen ist, in dem die von der Lichtquelle abgegebenen Strahlen zunächst teilweise reflektiert werden, bevor sie den Hohlkörper verlassen und in der oben beschriebenen Weise in den bzw. die Lichtleiter eingekoppelt werden.If rod-shaped optical fibers are used in the inventive concept, it can be provided that the arrangement has a total of a plurality of optical fibers which extend in different directions, starting from a common point of intersection. The light source is then preferably arranged in the region of the point of intersection, so that light emitted by this light is coupled in substantially uniformly into all the light guides and is forwarded there in the manner described above. This opens up the possibility of assembling a large number of corresponding light guides into a grid-like or grid-like structure. Here, the advantages of the solutions according to the invention are to be borne in a particularly good manner, since ideally such a grid-like structure should ideally have a distributed positioning of the light sources, the light guide grid, however, should appear as evenly bright as possible in spite of everything. With the aid of the measures according to the invention, this goal can be achieved, wherein, in particular, the LED light sources are not perceived as individual bright spots. In this case, a particularly advantageous further development may be that in the intersection region of the optical waveguide a hollow body serving as a so-called mixing chamber is provided in which the rays emitted by the light source are first partially reflected before they leave the hollow body and in the manner described above the or the light guides are coupled.
Dieser Hohlkörper kann beispielsweise halbsphären-artig bzw. halbkugel-artig ausgeführt sein und bewirkt aufgrund von teilweisen Reflexionen des Lichts eine gewisse Vermischung und damit Vergleichmäßigung der von der LED-Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen, bevor diese letztendlich in die Lichtleiter eintreten. Dies führt zu dem vorteilhaften Effekt, dass eventuelle Farbabweichungen des von der LED-Lichtquelle in unterschiedlichen Richtungen abgegebenen Lichts ausgeglichen werden können. Dieses Problem ist beispielsweise bei Weißlicht-LEDs bekannt, da hier die stark seitlich abgegebenen Lichtstrahlen üblicherweise einen leicht anderen Farbton aufweisen als die unmittelbar in Lichtabstrahlrichtung abgegebenen Lichtstrahlen. Mit Hilfe der oben beschriebenen Mischkammer kann dieser Effekt kompensiert werden. This hollow body can be embodied, for example, in a hemispherical or hemispherical fashion and, due to partial reflections of the light, causes a certain mixing and thus homogenization of the light beams emitted by the LED light source before they ultimately enter the light guides. This leads to the advantageous effect that any color deviations of the emitted light from the LED light source in different directions light can be compensated. This problem is known, for example, in white-light LEDs, since here the light rays emitted at the extreme side usually have a slightly different hue than the light rays emitted directly in the light emission direction. With the help of the mixing chamber described above, this effect can be compensated.
Im Falle einer gitterartigen Anordnung der Lichtleiter wie oben beschrieben kann ferner vorgesehen sein, dass diese nicht vollständig in einer Ebene verlaufen, sondern stattdessen in einem zur Hauptabstrahlrichtung der LED-Lichtquelle geneigten Winkel orientiert sind. Es ergibt sich hierdurch eine wellenartige Struktur, die der Lichtleiteranordnung ein besonders ansprechendes Aussehen verleiht, wobei trotz allem eine sehr gleichmäßige Lichtabgabe über die gesamte Anordnung hinweg erzielt werden kann.In the case of a lattice-like arrangement of the light guides as described above can also be provided that they do not extend completely in a plane, but instead are oriented in an inclined to the main emission of the LED light source angle. This results in a wave-like structure, which gives the light guide assembly a particularly appealing appearance, despite all a very uniform light output over the entire arrangement can be achieved away.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zur Lichtabgabe mit stabartigen Lichtleitern vorgeschlagen, die eine gitterartige Lichtleiterstruktur bilden, sowie an stirnseitigen Enden der Lichtleiter angeordneten Lichtquellen, deren Licht in die Lichtleiter eingekoppelt wird, wobei an einer Seite der Lichtleiter, die einer zur Lichtabgabe vorgesehenen Seite gegenüberliegt, Lichtauskoppelstrukturen vorgesehen sind. Auch bei dieser Variante kann eine gitterartige Struktur realisiert werden, über die im Wesentlichen homogen Licht abgegeben wird.According to a second aspect of the invention, an arrangement for emitting light with rod-like optical fibers is proposed, which form a lattice-like light guide structure, and at the front ends of the light guide arranged light sources whose light is coupled into the optical fibers, wherein on one side of the light guide, the one for light emission opposite side provided Lichtauskoppelstrukturen are provided. In this variant, too, a lattice-like structure can be realized, via which substantially homogeneous light is emitted.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Wie in
Eine Besonderheit der dargestellten Lichtleiterstruktur
Damit wird bei der dargestellten Lichtleiteranordnung
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Einzellichtleiters
Jeder Einzellichtleiter
Der Lichtleiter
Eine wesentliche Funktion hinsichtlich der Lichteinkopplung erfüllt hierbei der dem Lichteinkopplungsbereich
Für die Lichtauskopplung ist dann eine sich an den Lichteintrittsbereich
Wie anhand des simulierten Strahlenverlaufs von
Dementsprechend ist auch in einer Querrichtung bezüglich des Lichtleiters
Letztendlich führt also das Zusammenwirken dreier Maßnahmen zu einer besonders optimierten Lichteinkopplung und Lichtabgabe trotz der schwierigen Verhältnisse hinsichtlich der Lichteinkopplung. Zum einen wird durch den total reflektierenden Endbereich
Mit Hilfe der an der Oberseite vorgesehenen Lichtauskoppelstrukturen
Eine vorteilhafte Weiterbildung der bislang beschriebenen Maßnahmen ist in
Die
In diesem Fall ist wie auch bislang bereits bekannt, eine Lichteinkopplung an den Stirnseiten
Hierfür sind an der Oberseite der Anordnung
Auch im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels kann also eine insgesamt gitterartige Lichtleiterstruktur realisiert werden, über die möglichst gleichmäßig Licht abgegeben wird. Dennoch bringt das erste Ausführungsbeispiel gewisse Vorteile mit sich, da hier die Nutzung einer höheren Anzahl von Leuchtmitteln ermöglicht ist und dementsprechend insgesamt eine größere Menge an Licht trotz allem in hoher Qualität abgegeben werden kann. Also in the context of the second embodiment, therefore, a total lattice-like light guide structure can be realized over which light is emitted as evenly as possible. Nevertheless, the first embodiment brings with it certain advantages, since the use of a higher number of bulbs is made possible and accordingly a total of a larger amount of light can be delivered despite everything in high quality.
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