DE69720549T2

DE69720549T2 - Beleuchtungsquellen und systeme

Info

Publication number: DE69720549T2
Application number: DE69720549T
Authority: DE
Inventors: Tim Chin; W Kuper; Rosalie Unger; Moore Zimmerman
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Callahan Cellular LLC
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: EP1012500A1; DE69720549D1; JP2008004558A; KR100492859B1; ATE236377T1; EP1012500B1; TW384402B; JP2000514949A; KR20000023750A; JP4031533B2; WO1998002690A1; US6164789A

Description

Für bestimmte Anwendungen ist ein Hintergrundbeleuchtungssystem von sehr geringer Tiefe wünschenswert. Derartige Systeme werden allgemein mit einer oder mehreren Lichtquellen, einem Wellenleiter zum Sammeln und Verteilen des Lichts aus der Lichtquelle und einer Kollimationsvorrichtung zum Extrahieren des Lichts aus dem Wellenleiter konfiguriert. Eine merkliche Tiefeneinsparung kann erzielt werden, indem die Lichtquelle durch die Kante des Wellenleiters gekoppelt wird.
Die aus dem System extrahierte Lichtmenge ist proportional zu der Zahl der Reflexionen oder der Zahl des Auftreffens, die in dem Wellenleiter auftreten, wobei die Zahl umgekehrt proportional zu der Dicke des Wellenleiters ist. Um einen maximalen Lichtaustritt zu erhalten, ist ein dünner Wellenleiter vorzuziehen. Dies ergibt jedoch Kanten mit einer kleinen Oberfläche, wodurch die Größe der Lichtquelle begrenzt wird, die direkt an die Kante des Wellenleiters anschließen kann. Falls andererseits die Fläche der Kantenoberfläche erhöht wird, wird der Extraktionswirkungsgrad des Wellenleiters abnehmen.
Es wäre wünschenswert, einen dünnen Wellenleiter einzusetzen, dabei jedoch einen maximalen Lichtquelleneingang bereitzustellen. Außerdem ist eine hochreflektierende und leistungsfähige Lichtquelle wünschenswert.
Die EP-A-0500089 offenbart eine Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung, die aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt ist und einen Reflektor beinhaltet.
Erfindungsgemäß wird eine Beleuchtungsquelle vorgesehen mit:
einem Substrat aus reflektierendem Material und
zumindest einer an dem Substrat befestigten, planaren Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine erste Schicht aus diffus reflektierendem Material und eine zweite Schicht aus spiegelnd reflektierendem Material neben der ersten Schicht umfasst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile offenbar werden, wenn Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung und die folgenden beigefügten Zeichnungen genommen wird:
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Beleuchtungsquelle mit einem Array von Lichtquellen, die in reflektierendem Material eingebettet sind;
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsskizze eines Beleuchtungssystems, das die Beleuchtungsquelle der Fig. 1 und einen Wellenleiter verwendet;
Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung der Beleuchtungsquelle von Fig. 1 mit einem zweidimensionalen Array von Lichtquellen, die in reflektierendem Material eingebettet sind;
Fig. 4-7 veranschaulichen das Reflexionsverhalten von diffusen und spiegelnden Materialien verschiedener Dicke und in Kombination miteinander;
Fig. 8 und 9 sind Querschnitts- beziehungsweise Draufsichtskizzen eines Beleuchtungssystems, das die Beleuchtungsquelle der Fig. 3 verwendet; und
Fig. 10 ist eine Draufsichtskizze Eines alternativen Beleuchtungssystems, das die Beleuchtungsquelle der Fig. 3 verwendet.

Beschreibung der Erfindung

Es kann ein dünner Wellenleiter verwendet werden, ohne die Zufuhr an Licht einzubüßen, indem eine große. Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen an die Wellenleiterkante über eine Kopplungsstruktur (z. B. einen zweiten Wellenleiter) angekoppelt werden, der sich von der Lichtquelle zu den Abmessungen der Wellenleiterkante hin verjüngt. Die breite Stirnfläche des Eintritts zu der Kopplungsstruktur gestattet es, mehrere Quellen (oder eine große Lichtquelle) in den Wellenleiter einzukoppeln.
Die Leistung des Beleuchtungssystems kann weiter erhöht werden, indem hochreflektierende Substrate verwendet werden, die die Reflexionseigenschaften sowohl von diffusen als auch spiegelnden Materialien kombinieren. Wenn sie kombiniert verwendet werden, kann die Dicke des zusammengesetzten Substrats signifikant reduziert werden und die Reflektivität erhöht werden. Zusätzlich kann eine einen höheren Wirkungsgrad bietende bessere Beleuchtungsquelle durch Einbetten planarer Lichtquellen in das Substrat erzielt werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält eine Beleuchtungsquelle 10, die mit dem hier beschriebenen Beleuchtungssystem verwendet werden kann, ein Array 20 aus einer oder mehreren Lichtquellen 30, wie beispielsweise Licht emittierenden Dioden (LEDs), flachen Fluoreszenzlampen, Elektrolumineszenzquellen oder einer anderen planaren, für die Anwendung geeigneten Quelle, die in einem Substrat 40 aus hochreflektierendem, diffusem Material eingebettet sind. Die Beleuchtungsquelle 10 kann an einen Wellenleiter angekoppelt werden, wie durch die Rückansichten von zwei an den Wellenleiter 50 angrenzenden Beleuchtungsquellen 10 in Fig. 2 gezeigt ist. Die, Pfeile 60 geben die Dispersion von Lichtstrahlen aus der Beleuchtungsquelle 10 wieder, die in dem Wellenleiter 50 empfangen werden.
Die Lichtquellen 30 bilden typischerweise einen Bruchteil der gesamten Oberfläche des Substrats 40, der von etwa 10% zu etwa 70% und vorzugsweise von etwa 10% bis etwa 30% reicht. Zusätzlich zu der linearen Anordnung der Fig. 1 und 2 könnten die Lichtquellen 30 in anderen Anordnungen als dem zweidimensionalen Array 70 von Fig. 3 konfiguriert sein. Wie einem Fachmann ohne weiteres klar sein wird, können andere Formen und Konfigurationen eingesetzt werden (z. B. dreieckig, kreisförmig, sechseckig, etc.). Obschon ein Abstand von 5 mm erfolgreich eingesetzt wurde, kann der Abstand von etwa 0,25 Millimeter bis etwa 3 Zentimeter reichen, abhängig von der Helligkeit der eingesetzten Lichtquelle.
Die Lichtquellen können auf einer beliebigen geeigneten Fläche, wie beispielsweise einer mit Kupfer beschichteten Glasfaserplatte, montiert und so beabstandet sein, dass die erwünschte Leuchtdichte erhalten wird. Abhängig von den Wärmemanagementerfordernissen können andere Befestigungsstrukturen wie beispielsweise Diamant- oder Saphirdünnschichten verwendet werden, wie einem Fachmann ohne weiteres offenbar ist.
Die Lichtquellen 30 werden an einer darunter liegenden Platte durch Löten oder andere geeignete Mittel befestigt, wie einem Fachmann ohne weiteres offenbar ist. Das Substrat 40 wird dann mit Öffnungen versehen, die dem Umriss der Lichtquellen 30 entsprechen, wodurch es ermöglicht wird, dass das von den Lichtquellen 30 emittierte Licht durch das Substrat 40 tritt. Die Lichtquellen 30 könnten alternativ auf der Oberseite des Substrats 40 platziert und die elektrischen Verbindungen hindurchgeführt werden.
Oberflächenmontierte LEDs mit einer Größe von annähernd einem Quadratmillimeter können als Lichtquellen eingesetzt werden, obwohl auch andere Arten und Größen von LEDs gewählt werden können, wie einem Fachmann ohne weiteres offenbar ist. Geeignete LEDs sind handelsüblich von Dialight Corporation in Manasquan, N. J., Hewlett-Packard und Nichia Chemical erhältlich. Abhängig von der Anwendung können Lichtquellen einer einzigen Farbe (z. B. rot, grün, gelb, blau) oder mit mehreren Farben eingesetzt werden.
Um den gewünschten Reflexionsgrad zu erhalten, muss das Substrat 40 hinreichende Tiefe aufweisen. Materialien, die für sichtbares Licht eine sehr hohe Reflektanz aufweisen, d. h. annähernd 100% erreichen, bestehen aus diffusen Streumedien mit geringer oder keiner Absorption im sichtbaren Bereich. Ein Beispiel eines Substrats mit hinreichender Tiefe ist die dicke Schicht 100 aus reflektierendem, diffusem Material, die in der Querschnittsskizze von Fig. 4 gezeigt ist. Bei einer Dicke der Schicht 100 aus diffusem Material von etwa 0,51 mm oder größer werden zumindest 95% des Lichts an der Fläche 102 reflektiert.
Falls das Material nicht hinreichend dick ist, wird ein Teil der Lichtenergie durch die Schicht treten, anstatt reflektiert zu werden. Zum Beispiel ist für Dicken von weniger als 0,2 mm die Reflektanz für diffuse Materialien niedrig, typischerweise weniger als 90%. Im Vergleich zu der Schicht von Fig. 4 reflektiert die vergleichsweise dünne Schicht 110 aus reflektierendem, diffusem Material von Fig. 5 somit einen kleineren Prozentsatz der einfallenden Lichtstrahlen. Obschon das spiegelnde Material der dünnen reflektierenden Schicht 120 von Fig. 6 etwa 80- 95% der einfallenden Lichtstrahlen reflektieren wird, verhält es sich wie ein Spiegel und daher wird diffuses Material bevorzugt, da es die einfallenden Lichtstrahlen streut.
Da viele Anwendungen Raumbeschränkungen unterliegen, ist es wünschenswert, die Streueffekten von diffusem Material mit einem spiegelnden Material geringer Tiefe zu kombinieren. Eine derartige Kombination ist der in Fig. 7 gezeigte zusammengesetzte Reflektor 130, der eine dünne, spiegelnde, rückseitige Schicht 132 hinter einer dünnen, diffusen, streuenden Schicht 134 aufweist. Die zwei Schichten 132 und 134 können durch einfaches Zusammensetzen unter Zuhilfenahme von Oberflächenspannung, Klebung, Adhäsion oder Laminierung verbunden werden, wobei die letztere das bevorzugte Verfahren zur Verbindung der zwei Schichten ist. Alternativ kann die spiegelnde Schicht 132 auf die diffuse Schicht 134 aufgesputtert oder als Beschichtung auf der diffusen Schicht 134 vorgesehen werden.
Diese spiegelnde Schicht 132 hinter der diffusen Schicht 134 vorzusehen, ist immer dann von Vorteil, wenn die Dicke der diffusen Schicht 134 kleiner als etwa 0,5 mm ist. Abhängig von den speziellen, eingesetzten Materialien kann in solchen Fällen die Hinzufügung der spiegelnden Schicht 132 die Reflektanz auf zumindest etwa 97% erhöhen. Ein zusammengesetzter Reflektor mit einer 0,2 mm dicken diffusen Schicht aus PTFE-Material und einer 0,076 mm dicken spiegelnden Schicht aus einem Silberfilm lieferte vergleichbare Ergebnisse. Die Dicke der spiegelnden Schicht 132 kann abhängig von den verwendeten Materialien und dem Herstellungsverfahren (z. B. Sputtern) zwischen etwa 0,25 um und etwa 0,1 mm variieren.
Es versteht sich, dass andere Dicken und relative Verhältnisse verwendet werden können, die für einen Fachmann ohne weiteres offenbar sind. Der zusammengesetzte Reflektor 130 von Fig. 7 kann anstelle des Substrats 40 in der Beleuchtungsquelle 10 von Fig. 1 und 2 eingesetzt werden und ergibt eine Verringerung der für das Substrat erforderlichen physischen Dicke im Vergleich zu Substraten, die rein diffus sind.
Die für die hier erläuterten Anwendungen verwendbaren diffusen Materialien sind Spectralon von Labsphere, Inc., und PTFE(Teflon)-Folie von Furon oder E. I. du Pont de Nemours & Co. Spiegelnde Materialien umfassen SilverluxTM, ein Produkt von 3M, und andere hochreflektierende Materialien (d. h. mit mehr als 90% Reflektanz), wie beispielsweise Aluminium, Gold und Silber sowie andere, die für einen Fachmann ohne weiteres offenbar sind. Die Reflektivität jedes dieser erläuterten Materialien kann unter Verwendung verschiedener handelsüblicher Instrumente gemessen werden, wie beispielsweise dem Macbeth #7100 Spektralphotometer, New Windsor, N. Y., oder einem Perkin Elmer #330 Spektralphotometer, Danbury, CT. Die spiegelnden Materialien können auf einer sekundären Fläche oder direkt auf dem diffusen Material durch Techniken wie beispielsweise chemische Dampfabscheidung, Elektronenstrahl-Dampfabscheidung, Sputtern und dergleichen aufgebracht werden.
Das von der Beleuchtungsquelle 70 von Fig. 3 abgegebene Licht kann in einem Beleuchtungssystem verwendet werden, indem das Licht durch einen sich verjüngenden Kopplungswellenleiter gekoppelt wird. In dem in der Querschnittsskizze der Fig. 8 gezeigten Beleuchtungssystem 200 ist eine Beleuchtungsquelle 70 neben der Eingangsfläche 212 eines sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 positioniert. Licht verlässt den sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 durch die Austrittsfläche 214, an der durch eine Kanteneintrittsfläche 222 es in einen Austrittswellenleiter 220 eintritt. Der Austrittswellenleiter 220 liefert seinerseits Lichtenergie an eine Lichtkollimationsanordnung 230. Die Zeichnung von Fig. 8 ist nicht maßstabsgerecht; die tatsächlichen, relativen Abmessungen können abhängig von der Anwendung variieren.
Eine optisch transparente Haftschicht 240, die zwischen dem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 und der Kanteneintrittsfläche 222 des Austrittswellenleiters 220 angeordnet ist, gewährleistet einen maximalen Lichtdurchtritt. Die Schicht 240 kann aus einem beliebigen optisch durchsichtigen Material hergestellt werden, das einen Brechungsindex aufweist, der vorzugsweise im Wesentlichen gleich demjenigen der Wellenleiter 210 und 220 ist. Die zwei Wellenleiter 210 und 220 können auch thermisch oder durch ein Lösungsmittel unter Verwendung von Materialien und Techniken verschmolzen werden, die im Rahmen des Standes der Technik bekannt sind. Je nach Bedarf und Eignung können Haftschichten zwischen anderen Komponenten des Beleuchtungssystems 200 eingesetzt werden, z. B. zwischen dem Austrittswellenleiter 220 und dem Lichtkollimationsanordnung 230. Eine ähnliche Haftschicht 250 ist zwischen dem Austrittswellenleiter 220 und der Lichtkollimationsanordnung 230 vorgesehen. Der Austrittswellenleiter 220 und die Lichtkollimationsanordnung 230 können wiederum thermisch oder durch ein Lösungsmittel verschmolzen werden.
An der Verbindungstelle der Beleuchtungsquelle 70 mit dem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 ist ein Luftspalt 260 vorgesehen, um die Brechung des Lichts zu maximieren, wenn es in den sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 eintritt. Der Luftspalt 260 ist vorzugsweise einige Wellenlängen dick, um die Brechung des von der Beleuchtungsquelle 70 in den sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 wandernden Lichts zu gestatten.
Die Wellenleiter 210 und 220 und die zugehörigen Strukturen, einschließlich der Haftschichten, können entsprechend der Verfahren und unter Verwendung solcher Materialien wie Polycarbonat, Acryl, Polystyrol, Glas, transparenten Keramiken und Monomermischungen hergestellt werden, die in dem US-Patent Nr. 5.396.350, erteilt am 7. März 1995 an Beeson et al. für ein Backlighting Apparatus Employing an Array of Microprisms, US-Patent Nr. 5.448.468, erteilt am 27. Juni 1995 an Zimmermann et al. für ein Illumination System Employing an Array of Microprisms, US-Patent Nr. 5.462.700, erteilt am 31. Oktober 1995 an Beeson. et al. für einen Process for Making an Array of Tapered Photopolymerized Waveguides, und US-Patent Nr. 5.481.385, erteilt am 2. Januar 1996 an Zimmermann et al. für ein Direct View Display with Array of Tapered Waveguide, offenbart sind.
Die Dicke D des Austrittswellenleiters 220 wird klein gehalten, um die Zahl der Reflexionen oder des Auftreffens von Licht, das von der Austrittsfläche 214 her eintritt, zu maximieren. Die Dicke D kann von etwa 0,5 bis etwa 10 mm reichen; typischerweise wurden Dicken zwischen etwa 6 und etwa 8 mm eingesetzt. Falls Licht nur durch eine Kante eintritt, kann es wünschenswert sein, eine geringfügige Verjüngung in dem Austrittswellenleiter 220 auf der Oberfläche von der Kollimationsanordnung 230 weg vorzusehen, um die Anzahl der Reflexionen zu optimieren und damit den Durchsatz des Austrittswellenleiters zu erhöhen. Der Winkel der Verjüngung kann von etwa 0,25º bis etwa 2,0º reichen; der tatsächliche Winkel hängt von der Länge des Wellenleiters 220 ab.
Die innere Totalreflexion (TIR) kanalisiert in optimaler Weise das ganze in den sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 eintretende Licht zu der Ausgangsfläche 214. Um die größtmögliche Lichtmenge zu akzeptieren, wird die Eintrittsfläche 212 des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 so groß wie möglich gemacht. Wenn jedoch die Fläche der Eintrittsfläche 212 relativ zu der Austrittsfläche 214 zunimmt, wodurch der Verjüngungswinkel Θt zunimmt, ist es wahrscheinlich, dass zunehmende Lichtmengen durch eine der verjüngten Flächen 216 des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 treten, insbesondere falls die einzelnen LEDs eine breite Austrittswinkelverteilung aufweisen. Dies ist der Fall, weil die einfallenden Lichtstrahlen diese Flächen unter weniger als dem kritischen Winkel treffen, der, normal zur verjüngten Fläche 216, als Θc definiert ist mit Θc = sin&supmin;¹ (n&sub1;/n&sub2;), wobei n&sub2; der Brechungsindex des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 und n&sub1; der Brechungsindex des Materials (z. B. Luft) außerhalb des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 ist. Um Lichtverluste durch Versagen der TIR zu vermeiden, muss der Verjüngungswinkel Θt so weit wie möglich minimiert und dabei trotzdem eine Eintrittsfläche 212 von ausreichender Fläche bereitgestellt werden.
Um einen Verjüngungswinkel Θt auszuwählen, muss die mit der Gestaltung betraute Person die Austrittswinkelverteilung (±Θd) der Lichtquellen, die Brechungsindizes des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 und des umgebenden Mediums und den maximal zulässigen Lichtverlust berücksichtigen. Der Verjüngungswinkel Θt kann aus dem Snelliusschen Brechungsgesetz und der Gleichung für den kritischen Winkel abgeleitet werden.
Es sei angenommen, dass die LEDs einen Austrittswinkel von ±Θd aufweisen. Wenn Lichtstrahlen von den LEDs in den sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 eintreten, wird der Ausbreitungswinkel gemäß dem Brechungsindex wie im Snelliusschen Brechungsgesetz beschrieben modifiziert:
n&sub1;sinΘd = n&sub2;sinΘd,
aufgelöst nach Θd':
Θd' = sin&supmin;¹ (n&sub1;/n&sub2;sinΘd).
Lichtstrahlen unter dem Extremwinkel Θd' treffen auf eine verjüngte Fläche 216 unter einem Einfallswinkel von 90º - (Θt + Θd') zur Normalen auf (relativ zu der verjüngten Fläche 216). Nach der Reflexion treffen die Strahlen dann auf der gegenüberliegenden verjüngten Fläche 216 unter einem Einfallswinkel von 90º - (2Θt + Θd') zur Normalen auf (relativ zu der anderen verjüngten Fläche 216). In beiden Fällen muss der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel sein, damit Reflexion auftritt.
Basierend auf dem vorstehenden kann die folgende verallgemeinerte Gleichung zur Bestimmung des Einfallswinkels aufgestellt werden:
Θi = 90º - [(2(r - 1) + 1)·Θt + Θd']
wobei r die Zahl der Reflexionen der Lichtstrahlen ist. Die Gleichung für Θi vorausgesetzt, muss, um sicherzustellen, dass das Licht in dem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 bleibt, Θi so gewählt werden, dass
Θi > Θc
oder
90º - [(2(r - 1) + 1)·Θt + Θd'] > sin&supmin;¹(n&sub1;/n&sub2;)
Aufgelöst nach Θt
Θt < [90º - Θd' - sin&supmin;¹(n&sub1;/n&sub2;)]/[(2(r - 1) + 1)].
Mit dieser Beziehung kann auf Basis der eingesetzten LEDs, des relativen Brechungsindex und der Zahl der Reflexionen, die auftreten werden, ein Verjüngungswinkel ausgewählt werden.
Als Kompromiss kann die Größe der Eintrittsfläche soweit vergrößert werden, dass ein bestimmter Teil der äußeren Enden des LED-Strahlungsmusters eingebüßt wird. Während ein bestimmter Prozentsatz des von den LEDs abgegebenen Lichts direkt aus dem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 austritt, hält TIR den Großteil der Lichtstrahlen in dem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter 210 und kanalisiert sie zu dem Austrittswellenleiter 220. Die oben erläuterte Beziehung kann dazu verwendet werden, den Lichteintritt zu optimieren, der durch Erhöhung der Größe der Eintrittsfläche 212 des sich verjüngenden Kopplungswellenleiters 210 gegen einen Verlust an kritischem Winkel erreicht wird.
Das Beleuchtungssystem 200 ist noch einmal in dem Draufsichtdiagramm der Fig. 9 gezeigt. Durch Hinzufügen von einer bis zu drei zusätzlichen Beleuchtungsquellen 70 und zugehörigen sich verjüngenden Kopplungswellenleitern 210 kann sogar noch mehr Lichtenergie für den Austrittswellenleiter 220 bereitgestellt werden, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Es versteht sich aus den Fig. 8, 9 und 10, dass die sich verjüngenden Kopplungswellenleitern 210 in mehr als einer Richtung verjüngt werden können, z. B. sowohl in der x- als auch der y-Richtung.
Der Verteilungswinkel der LEDs kann minimiert werden, indem auf jede LED eine Sammellinse gesetzt wird. Derartige Linsen werden typischerweise von den Herstellern der LEDs bereitgestellt; in einigen Fällen sind die Linsen integraler Teil der LED-Baugruppe.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Beleuchtungssystems der Fig. 8, 9 und 10 könnte der sich verjüngende Kopplungswellenleiter 210 eine Hohlstruktur mit verspiegelten spiegelnden Oberflächen zur Erzielung von Reflexion in dem Wellenleiter 210 aufweisen. Die Oberflächen können durch einen Beschichtungsprozess oder einen Sputterprozess oder ein anderes Verfahren, das für einen Fachmann ohne weiteres offenbar ist, hergestellt werden. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte der massive oder hohle, sich verjüngende Kopplungswellenleiter 210 durch ein handelsübliches sich verjüngendes Glasfaserbündel ersetzt werden.
Es versteht sich, dass diese Erfindung bei einer großen Vielfalt von Vorrichtungen wie beispielsweise Vorrichtungen zur direkten Beleuchtung anwendbar ist, einschließlich Beleuchtung für Werbeflächen, Büros, Wohnbereiche, Außenbereiche, Automobile und Geräte. Die Erfindung kann auch bei Anzeigen für Computer, Automobile, Militär, Raumfahrt, gewerbliche und industrielle Anwendungen und andere Vorrichtungen eingesetzt werden, die verbesserte reflektive Materialien erfordern, um eine effiziente Beleuchtungsquelle zu erhalten.
Während eine Ausführungsform beschrieben wurde, die als die bevorzugte gilt, werden Fachleute erkennen, dass andere und weitere Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen und es sollen alle derartigen Ausführungsformen beansprucht sein, die in den Schutzumfang fallen, der durch die Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Beleuchtungsquelle (10) mit:

einem Substrat (40) aus reflektierendem Material und

zumindest einer an dem Substrat befestigten, planaren Lichtquelle (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (40) eine erste Schicht (134) aus diffus reflektierendem Material und eine zweite Schicht (132) aus spiegelnd reflektierendem Material neben der ersten Schicht umfasst.

2. Beleuchtungssystem mit:

einer Beleuchtungsquelle (10) nach Anspruch 1,

einem Wellenleiter (50) mit einer Austrittsfläche und zumindest einer Kanteneintrittsfläche, die im Großen und Ganzen senkrecht zu der Austrittsfläche liegt, wobei die Kanteneintrittsfläche an die Beleuchtungsquelle angrenzt.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei die Lichtquelle (30) eine Licht emittierende Diode, eine flache Fluoreszenzlampe oder eine Elektrolumineszenzquelle ist.

4. Beleuchtungssystem mit:

einer Beleuchtungsquelle (10) nach Anspruch 1,

einem im Großen und Ganzen planaren Austrittswellenleiter (220), wobei der Austrittswellenleiter eine Austrittsfläche und zumindest eine Kanteneintrittsfläche aufweist, die im Großen und Ganzen senkrecht zu der Austrittsfläche liegt, wobei die Kanteneintrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die wesentlich kleiner als die Oberfläche des Substrats (40) der Beleuchtungsquelle ist, und

einem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter (210) zum Ankoppeln des Ausgangs der Beleuchtungsquelle an die Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters, wobei der Kopplungswellenleiter folgendes umfasst: eine Eintrittsfläche zum Empfangen des Ausgangs der Beleuchtungsquelle, wobei die Eintrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die annähernd gleich und symmetrisch zu zumindest einem Teil der Oberfläche des Substrats der Beleuchtungsquelle ist, und eine Austrittsfläche zum Zuführen von Licht zu der Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters, wobei die Austrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die annähernd gleich und symmetrisch zu zumindest einem Teil der Oberfläche der Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters ist.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei eine Vielzahl von Lichtquellen (30) in Einem zweidimensionalen Array angeordnet sind.

6. Beleuchtungssystem mit:

einer Beleuchtungsquelle (10) nach Anspruch 1 und außerdem mit einer Vielzahl von in dem Substrat (40) eingebetteten und in einem zweidimensionalen Array angeordneten, Licht emittierenden Dioden,

einem im Großen und Ganzen planaren Austrittswellenleiter (220), wobei der Austrittswellenleiter eine Austrittsfläche und zumindest eine Kanteneintrittsfläche aufweist, die im Großen und Ganzen senkrecht zu der Austrittsfläche liegt, wobei die Kanteneintrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die wesentlich kleiner als die Oberfläche des Substrats der Beleuchtungsquelle ist, und

einem sich verjüngenden Kopplungswellenleiter (210) zum Ankoppeln des Lichts der Beleuchtungsquelle an die Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters, wobei der Kopplungswellenleiter folgendes umfasst: eine Eintrittsfläche zum Empfangen des Ausgangs der Beleuchtungsquelle, wobei die Eintrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die annähernd gleich groß wie die Oberfläche des Substrats der Beleuchtungsquelle und symmetrisch zu dieser ist, und

eine Austrittsfläche zum Zuführen von Licht zu der Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters, wobei die Austrittsfläche eine Oberfläche aufweist, die annähernd gleich groß wie die Oberfläche der Kanteneintrittsfläche des Austrittswellenleiters und symmetrisch zu dieser ist.