EP1886173A1 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung

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Publication number
EP1886173A1
EP1886173A1 EP06753184A EP06753184A EP1886173A1 EP 1886173 A1 EP1886173 A1 EP 1886173A1 EP 06753184 A EP06753184 A EP 06753184A EP 06753184 A EP06753184 A EP 06753184A EP 1886173 A1 EP1886173 A1 EP 1886173A1
Authority
EP
European Patent Office
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light guide
lighting device
radiation
electromagnetic radiation
section
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06753184A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gunnar Klick
Hubert Ott
Franz Schellhorn
Mario Wanninger
Georg Bogner
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP1886173A1 publication Critical patent/EP1886173A1/de
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    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
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    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources

Definitions

  • a lighting device is specified.
  • An object to be solved is to provide a lighting device that is particularly inexpensive to produce.
  • the illumination device has a light source which is suitable for generating electromagnetic radiation. That is, in operation, the light source emits electromagnetic radiation.
  • the light source is adapted to produce divergent electromagnetic radiation, for example, divergent visible light.
  • the light source is suitable for producing divergent white light.
  • Divergent electromagnetic radiation is to be understood as a bundle of rays which has an angular distribution. That is, beams of the beam include angles greater than zero.
  • the light source is preferably suitable for coupling at least part of the generated divergent radiation into a light guide.
  • the light source can be arranged, for example, outside of the light guide, so that a radiation entrance surface of the light guide is arranged downstream of the light source.
  • the light source or a part of the light source in the light guide are arranged so that the electromagnetic radiation is emitted directly in the optical fiber.
  • An optical waveguide is an optical element that is suitable for guiding electromagnetic radiation from one location to another location.
  • the light guide is not a radiation-generating optical element but a passive optical element.
  • the guidance of the electromagnetic radiation is preferably carried out by reflections on the light guide limiting side surfaces.
  • the guidance of the electromagnetic radiation in the light guide is due to total reflections at the side surfaces delimiting the light guide.
  • the guidance of the electromagnetic radiation takes place exclusively on the basis of total reflection. That is, if the falling on the side surfaces of the light guide electromagnetic radiation does not meet the condition for total reflection, the radiation exits the optical fiber in the surrounding the optical fiber, optically thinner medium.
  • the light guide is adapted to change the main radiation direction of the electromagnetic radiation.
  • main radiation direction is meant a preferred direction of the radiation.
  • this preferred direction is parallel to a longitudinal axis of the light guide or a portion of the light guide.
  • the main beam direction can also run perpendicular to a radiation exit surface of the light source. The means that the main beam direction is along the optical axis of the light source.
  • the light guide is suitable, for example by reflection, to change the main beam direction. That is, the direction of a majority of the electromagnetic radiation in the optical fiber is changed by reflection, preferably total reflection.
  • the light guide is adapted to change the main beam direction in a defined manner. This means that the main radiation direction is changed by a certain, predeterminable angle amount when passing through the light guide.
  • the light guide is formed in one piece. That is, the light guide is not composed of several parts, but made of one piece.
  • the light guide can be made for this purpose, for example by means of an injection molding process.
  • a lighting device which has a light source which is suitable for coupling divergent radiation into a light guide.
  • the radiation is guided due to total reflection.
  • the light guide is suitable for changing the main radiation direction of the radiation.
  • the light guide is integrally formed. That is, an illumination device is specified in which the light source couples divergent radiation into a one-part light guide and the guidance of the radiation in the light guide preferably takes place solely on the basis of total reflection.
  • the illumination device makes use of the idea that in the case of an optical waveguide in which the guidance of the electromagnetic radiation in the optical waveguide takes place solely on the basis of total reflections, a complex and therefore expensive reflective coating of parts of the surface of the optical waveguide can be dispensed with.
  • the one-piece production of the light guide allows a particularly cost-effective production process such.
  • An adaptation of the light guide to the guidance divergent electromagnetic radiation allows the use of particularly inexpensive light sources, such as LEDs, without special optics to reduce the divergence of the emitted light.
  • the optical waveguide has a first section which is suitable for reducing the divergence of the electromagnetic radiation passing through it.
  • the first section of the light guide is directly downstream of a radiation entrance surface or the light source.
  • the first section is preferably suitable for reducing the divergence of the electromagnetic radiation passing through it without appreciably altering the main radiation direction of the radiation.
  • the reduction of the divergence can be done for example by means of reflection on side surfaces of the light guide, which delimit the first section of the light guide. That is, the first section of the light guide preferably has side surfaces which are suitable for the reflection of the electromagnetic radiation, preferably by means of total reflection.
  • Particularly divergent radiation for example, radiation in the peripheral areas of a divergent beam, which is the condition for total reflection not satisfied, can leave the light guide through the side surfaces. Also in this way the divergence of the radiation remaining in the light guide is effectively reduced.
  • the light guide has at least one planar side surface in the first section. That is, the flat side surface has no macroscopic curvature.
  • the side surface can, for. B. parallel to the longitudinal axis of the first portion of the light guide.
  • the first section of the light guide may, for example, have the shape of a cuboid, which is bounded by planar side walls of the light guide. But it is also possible that the side surface forms an angle with the longitudinal axis.
  • the optical fiber then tapers in the direction of the light source.
  • the first section can then z. B. have the shape of a truncated pyramid.
  • the first section of the light guide has at least one curved side surface.
  • the first portion may be formed, for example, as a truncated cone. But it is also possible that the side surface has a curvature in a section, for example in the direction of the longitudinal axis of the first portion of the light guide.
  • the optical waveguide can then be embodied at least in places in the first section in the manner of at least one of the following optical elements: composite parabolic concentrator (CPC), compound elliptic concentrator (CEC), compound hyperbolic concentrator (CHC compound hyperbolic concentrator).
  • the first portion tapers in the direction of the light source, so that the Divergence of the electromagnetic radiation is reduced when passing through the light guide due to total reflections on the side surfaces of the light guide.
  • the first section of the light guide guides the electromagnetic radiation into a second section of the light guide.
  • the second section of the light guide connects directly to the first section in the main beam direction.
  • First and second sections of the light guide are preferably formed in one piece.
  • the light guide also has a second portion which is adapted to change the main radiation direction of the electromagnetic radiation in the light guide. That is, the second portion is formed such that it is suitable for deflecting at least a part of the electromagnetic radiation in the light guide.
  • the direction change preferably takes place by means of reflection of the electromagnetic radiation at a side surface of the light guide which delimits the second section, particularly preferably by total reflection.
  • the light guide has a deflection surface in the second section.
  • the deflecting surface is preferably suitable for reflecting at least part of the electromagnetic radiation in the optical waveguide, for example electromagnetic radiation coming from the first section.
  • the deflection surface is preferably provided by at least one side surface of the light guide delimiting the light guide in the second section. Prefers the reflection takes place at the deflection surface by means of total reflection. That is, preferably can be dispensed with a reflective coating of the deflection.
  • the predominant part of the electromagnetic radiation in the optical waveguide preferably strikes the deflection surface when passing through the optical waveguide.
  • the deflection surface intersects the longitudinal axis of the first section of the light guide.
  • the deflection surface extends over the entire width of the first portion of the light guide.
  • the deflection surface encloses an angle of at least 90 ° with the longitudinal axis.
  • the deflection surface is planar. That is, the deflection surface has no macroscopic curvature.
  • the deflection of the light guide is formed in two parts.
  • the deflection surface may be flat.
  • a first section of the deflection surface preferably includes a first angle with the longitudinal axis of the first section of the light guide.
  • a second section of the deflection then closes with the Longitudinal axis of the first portion of the light guide a second angle.
  • the deflection surface then comprises precisely these two sections, wherein the first section of the deflection surface extends from a side surface of the first section of the light guide to the longitudinal axis of the first section and the second section of the deflection surface extends from the longitudinal axis of the first section of the light guide to a side surface of a third section of the light guide extends.
  • the first angle is between 150 ° and 170 °, preferably about 160 °.
  • the second angle is then preferably between 90 ° and 110 °, preferably about 100 °.
  • the deflection surface has a curvature, d. H.
  • the deflection surface is at least locally concave into the light guide or convexly curved out of the light guide. It is particularly possible that the deflection surface has a convex or concave curvature over its entire extent.
  • the deflection surface has at least in places at least one of the following curvatures: parabolic, ellipsoidal, spherical, aspherical. That is, the deflection is then in section at least in places in the manner of a parabola, an ellipse, a circle or aspherically curved. The curvature will then be convex out of the light guide or concave into the light guide. Further, it is possible that the deflection surface is curved at least in places in the manner of a paraboloid, an ellipsoid, a sphere and / or a rotational sphere.
  • the deflection surface is given by a free-form surface, the curvatures may have different, higher order.
  • the deflection surface is convexly curved out of the light guide and in this case has a curved surface in the manner of an ellipsoid.
  • the illumination device makes use of the idea that a defined deflection of the electromagnetic radiation in the light guide can take place due to the configuration of the deflection surface. That is, by the design of the deflection surface can be adjusted on the one hand, the direction in which the electromagnetic radiation is deflected, and on the other hand, by designing the deflection surface, the emission characteristic of the reflected light - d. H. For example, the spatial intensity distribution of the reflected light - be targeted.
  • the shaping of the deflecting surface can in particular also be adapted to divergent radiation in the optical waveguide, so that the largest possible proportion of the electromagnetic radiation impinging on the deflecting surface is totally reflected at it. Electromagnetic radiation, which exits at undesired angles to the deflection surface, is transmitted there and leaves the light guide.
  • the second section of the light guide is suitable for rotating the main emission direction by a predetermined angle. That is, electromagnetic radiation is reflected, for example, defined at the deflection of the second portion, so that the main radiation direction of the coming out of the first section of electromagnetic radiation in a predetermined direction, that is deflected by a predetermined angle.
  • the main beam direction can be rotated by 90 °.
  • the electromagnetic radiation is from the second section z. B. guided in a third portion of the light guide.
  • Lighting device the light guide on a third portion which is adapted to guide the electromagnetic radiation in the light guide to a radiation exit surface of the light guide.
  • the third section of the light guide directly adjoins the second section.
  • Second and third sections of the light guide are then preferably formed in one piece.
  • the third section is suitable for reducing the divergence of the electromagnetic radiation passing through it.
  • the third section is preferably suitable for reducing the divergence of the electromagnetic radiation passing through it without appreciably altering the main radiation direction of the radiation.
  • the reduction of the divergence can be done, for example, by reflection on side surfaces of the light guide, which limit the third section of the light guide. That is, the third section of the light guide preferably has side surfaces which are suitable for the reflection of the electromagnetic radiation, preferably by means of total reflection.
  • Particularly divergent radiation which does not fulfill the condition for total reflection, can leave the light guide through the side surfaces, so that in this way the divergence of the radiation remaining in the light guide is effectively reduced.
  • the light guide has at least one planar side surface in the third section. That is, the flat side surface has no macroscopic curvature.
  • the side surface can, for. B. parallel to the longitudinal axis of the third portion of the light guide.
  • the third section of the light guide may, for example, have the shape of a cuboid. But it is also possible that the side surface forms an angle with the longitudinal axis of the third section.
  • the optical waveguide preferably widens in the direction of the radiation exit surface of the optical waveguide.
  • the third section may, for. B. have the shape of a truncated pyramid.
  • the third section of the light guide has at least one curved side surface.
  • the third section may be formed, for example, as a truncated cone, which widens, for example, to the radiation exit surface.
  • the side surface has a curvature in a section through the light guide, for example in the direction of the longitudinal axis of the third portion of the light guide.
  • the optical waveguide can then be embodied at least in places in the third section in the manner of at least one of the following optical elements: Compound Parabolic Concentrator (CPC), Compound Elliptic Concentrator (CEC), Compound Hyperbolic Concentrator (CHC Compound Hyperbolic concentrator).
  • the third section preferably tapers in the direction of the second section, so that the divergence of the electromagnetic radiation as it passes through the light guide due to total reflections at the side surfaces of the light guide is reduced.
  • the third section of the light guide is preferably carried out so long that a sufficient mixing of the radiation passing through it is ensured.
  • the third section thereby ensures that the light source is not imaged at the radiation exit surface of the third section. That is, no hot spots should occur at the radiation exit surface of the third section, but the electromagnetic radiation should be distributed as evenly as possible over the radiation exit surface.
  • the third section of the optical waveguide guides the electromagnetic radiation to a radiation exit surface of the optical waveguide.
  • the third section of the light guide may follow one or more further sections, which may be similar to the first or similar to the second section of the light guide. That is, the further sections of the light guide may be suitable for reducing the divergence and / or deflection of the main beam direction.
  • the optical waveguide has a radiation exit surface through which at least part of the electromagnetic radiation coupled into the optical waveguide emerges from it. Electromagnetic radiation exiting through the radiation exit surface leaves the light guide at a point provided for the exit of light. It is possible that radiation the Leaves light guide at other locations than the radiation exit surface, for example, such radiation that does not meet the condition for total reflection when hitting one of the side surfaces of the light guide, but the radiation exit surface is the surface of the light guide, which is provided for light exit. Preferably, a majority of the electromagnetic radiation coupled into the optical waveguide emerges from the optical waveguide through the radiation exit surface.
  • the radiation exit surface is preferably arranged downstream of the surface to be illuminated by the illumination device or the object to be illuminated by the illumination device. It is also possible that the radiation exit surface adjoins the radiation entrance surface, for example of a further light guide.
  • the radiation exit surface is planar. That is, the radiation exit surface has no macroscopic unevenness or curvature.
  • the radiation exit surface has a macroscopic curvature at least in places.
  • the radiation exit surface can be either convex out of the light guide or curved concavely into the light guide.
  • the radiation exit surface may have one of the following curvatures: spherical, aspherical, elliptical.
  • the radiation exit surface can also be designed in the manner of one of the following optical elements: a volume lens which is suitable for light scattering or light collection, Fresnel lens.
  • the radiation exit surface is preferably formed integrally with the light guide. Particularly preferably, the radiation exit surface is directly downstream of the third section of the light guide, so that a large part of the radiation in the third section of the light guide leaves it through the radiation exit surface.
  • the radiation exit surface is formed diffusely scattering, d. H.
  • electromagnetic radiation passing through the radiation exit surface is deflected in different directions by refraction of light.
  • the radiation exit surface is formed diffusely scattering, d. H.
  • electromagnetic radiation passing through the radiation exit surface is deflected in different directions by refraction of light.
  • Radiation exit surface roughened. In this way, the probability of total reflection of radiation from the light guide at the radiation exit surface is reduced. The roughening thus also increases the probability of a radiation exit through the radiation exit area. Incidentally, it is also possible that the radiation exit surface is coated diffusely scattering.
  • the illumination device makes use of the idea that the coupling of the radiation passing through the radiation exit surface into a further light guide, for example a flatly configured light guide, takes place particularly efficiently there when the emerging radiation has a certain divergence.
  • the planar light guide may for example form a surface lighting system comprising an area through which electromagnetic radiation can escape.
  • the planar light guide is provided for the backlighting of a display.
  • the document DE 19860697 the disclosure of which reference a flat light guide module hereby incorporated by reference, describes such a planar light guide.
  • the light guide of the illumination device is formed as a solid body, d. H. the side faces delimiting the light guide are formed, for example, by the surfaces of the solid body.
  • the solid body is free of cavities. That is, preferably in the solid body no cavities, that is, for example, contain no inclusions of gas.
  • the solid body is formed from a transparent material.
  • the light guide is formed of a light diffusely scattering material.
  • the material from which the light guide is formed has a refractive index of at least 1.0, more preferably of at least 1.3.
  • the optical fiber is made of one of the following transparent plastics or contains one of the following plastics: PMMA, polycarbonate, PMMI, COC.
  • the light guide is made by an injection molding process, i. H. the light guide is injection molded.
  • the light guide can also be formed from a glass. In this case, the light guide can be cast, for example, from a glass.
  • the light source is arranged in the light guide.
  • the light source is in the first Section of the light guide arranged.
  • the light source is preferably suitable for generating divergent electromagnetic radiation.
  • the main beam direction of the electromagnetic radiation emitted by the light source during operation preferably runs parallel to a longitudinal axis of the first section of the light guide.
  • the light source is preferably at least one light-emitting diode or at least one light-emitting diode chip.
  • the light source comprises a plurality of light-emitting diodes or light-emitting diode chips, which are arranged along a straight line in a plane.
  • the material of the light guide can represent at least a part of the potting compound with which the LED chip is potted. This means that the LED chip is either cast directly with the material of the light guide - d. H. the light guide form the potting of the LED chip - or the LED chip is potted with another potting material, which adjoins the material of the light guide. In these cases, light source and light guide are integrally formed. In the event that the light source is arranged in the light guide, electrical connection points for electrically contacting the light source, for example, can be led out of the light guide.
  • the light guide has a radiation entrance surface.
  • the light source is preferably arranged outside of the light guide in this case.
  • the radiation entrance surface is preferably arranged downstream of the light source in the main beam direction. It can a radiation decoupling surface of the light source either directly to the radiation entrance surface of the light guide border or between the light source and
  • Radiation entrance surface of the light guide is a gap, which is filled with air, for example.
  • the radiation entrance surface is intended to optically break at least part of the electromagnetic radiation emitted by the light source when entering the light guide.
  • the incoming radiation is thereby refracted at least partially towards the longitudinal axis of the first section of the light guide.
  • the longitudinal axis is the axis of symmetry of the first section of the light guide in the longitudinal direction.
  • the radiation entrance surface is preferably suitable for reducing the divergence of the electromagnetic radiation passing through it by means of refraction.
  • the radiation entrance surface may for example be flat.
  • the radiation entrance surface has a curvature. That is, the radiation entrance surface is macroscopically curved.
  • the radiation entrance surface may be convex out of the light guide or curved concavely into the light guide. Furthermore, it is possible that the radiation entrance surface has both convex and concave curved portions.
  • the radiation entrance surface at least one of the following curvatures: spherical, elliptical, aspherical.
  • the radiation exit surface may be formed at least partially in the manner of one of the following optical elements: spherically curved volume lens, aspherically curved volume lens, Fresnel lens.
  • the optical element is preferably formed from the material of the light guide and formed integrally with the light guide.
  • the radiation entrance surface is in a central region surrounding the longitudinal axis of the first section
  • Radiation entrance surface in the manner of a spherical or aspherical lens arched out of the light guide out.
  • At least one annular reflector is arranged around the central region of the radiation entrance surface.
  • the reflector ring is sawtooth-shaped, for example, in a section parallel to the longitudinal axis through the light guide.
  • the radiation entrance surface then has both reflective and refractive optical elements.
  • Lighting device comprises the light source at least one LED chip.
  • the light-emitting diode chip is preferably a light-emitting diode chip
  • the light source comprises a plurality of light-emitting diodes, which are arranged, for example, along a straight line in a plane.
  • the light source has a diffuse emission characteristic. That is, the radiation emitted by the light source during operation has a main emission direction in which the emitted radiation has the greatest intensity. In other directions, electromagnetic radiation is emitted with lower intensity.
  • the light source has an approximately Lambert radiation characteristic.
  • the electromagnetic radiation is preferably emitted by the light source into a hemisphere surrounding the light source.
  • the main emission direction is given for example by the solder on the radiation exit surface of the LED chip.
  • a surface luminous system with a lighting device which additionally comprises a planar light guide.
  • the surface lighting system is particularly well suited for the backlighting of displays and as ambient light.
  • the use of the illumination device according to at least one of the embodiments described above for backlighting a display is also specified.
  • the radiation emitted by the light source is coupled by means of the light guide, for example, in a further, planar light guide.
  • the planar light guide is a surface lighting system that can be used for example for the backlighting of displays such as liquid crystal displays (LCD displays).
  • the illumination device makes use of the idea that a surface-mountable light-emitting diode (top emitter) emitting away from the mounting plane with a main beam direction, for example perpendicular to the mounting plane, can be used as the light source.
  • the length of the optical waveguide ie the length of the sections of the optical waveguide, can be adapted to the height of the planar waveguide above the printed circuit board.
  • planar light guide and the light guide of the lighting device are integrally formed.
  • the top emitters can z. B. on a circuit board such. B. a printed circuit board (PCB) or a flexible printed circuit board (Flexboard), are soldered. After soldering, the strip of printed circuit board on which the light-emitting diodes are mounted, cut free and folded depending on the height of the planar light guide over the circuit board and placed. In this way, the light emitting diodes emit their light from the side, ie parallel to the mounting plane, and are adapted in height to the planar light guide. To the position of the thus mounted LEDs also at To ensure mechanical stress, the established area of the circuit board is connected by means mounted on the circuit board holding device, such as brackets, with the planar light guide.
  • the circuit board holding device such as brackets
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of the illumination device described here.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a second embodiment of the illumination device described here.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a third exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • FIG. 4A shows a schematic sectional representation of a fourth exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • FIG. 4B shows a schematic sectional illustration of a modification of the fourth exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a fifth exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of a surface illumination system.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • Lighting device comprises a light source 1 and a light guide 2.
  • the light source 1 is, for example, one or more light-emitting diodes, each of which comprises at least one light-emitting diode chip.
  • the light source 1 is a plurality of light-emitting diodes arranged along a straight line in a plane (see also FIG. 6).
  • the radiation entrance surface 14 of the light guide 2 is adapted in its width to the dimension of the light-emitting diodes.
  • the width of the light guide 2 is approximately 4 to 7 mm at the radiation entrance surface 14.
  • the light-emitting diode chip preferably has a light output surface through which a large part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode chip is coupled out.
  • the light output surface is given for example by a part of the surface of the LED chip.
  • the light output surface is through a main surface of the LED chips given, for example, is arranged parallel to an epitaxial layer sequence of the LED chip, which is suitable to generate electromagnetic radiation.
  • the epitaxial layer sequence can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or, with particular preference, a multiple quantum well structure.
  • quantum well structure encompasses any structure in which charge carriers undergo quantization of their energy states by confinement, In particular, the term quantum well structure does not include any information about the dimensionality of the quantization and any combination of these structures.
  • the light-emitting diode chip is preferably a semiconductor light-emitting diode chip in which the growth substrate is at least thinned or removed and a carrier element is applied to the surface facing away from the original growth substrate.
  • the carrier element can be chosen relatively freely compared to a growth substrate.
  • a carrier element is selected, which in terms of his
  • the carrier element may contain a material which is particularly good heat-conducting. In this way, the heat generated by the light-emitting diode chip during operation is dissipated particularly efficiently to the heat-conducting element.
  • Such light-emitting diode chips produced by the removal of the growth substrate are also referred to as thin-film light-emitting diode chips and are preferably distinguished by the following features:
  • a reflective layer or layer sequence is applied or formed, which reflects back at least one part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence.
  • the epitaxial layer sequence preferably has a thickness of at most twenty micrometers, more preferably of not more than ten micrometers.
  • the epitaxial layer sequence preferably contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a mixing structure.
  • this intermixing structure leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial layer sequence, that is to say it has a possibly ergodic, stochastic scattering behavior.
  • the light source 1 has a radiation exit surface 1 a through which a large part of the electromagnetic radiation generated in the light source leaves the light source.
  • Light source 1 and light guide 2 are in the embodiment • the figure 1 spaced from each other. That is, between radiation output surface Ia of the light source 1 and the radiation entrance surface 14 of the light guide 2 is a gap, which may be filled with air, for example. But it is also possible that the
  • Light source 1 and light guide 2 may be integrally formed in this case.
  • Light source 1 and light guide 2 are arranged, for example centered to each other. That is, the longitudinal axis 15 of the first portion 3 of the light guide 2, which is an axis of symmetry of the first portion 3 of the light guide 2 in the longitudinal direction, passes through the geometric center Ia of the light source. 1
  • the longitudinal axis 15 coincides with the optical axis of the lens formed by the radiation entrance surface 14 of the light guide 2.
  • the main radiation direction 17 of the electromagnetic radiation 6 in the light guide preferably runs parallel to the longitudinal axis 15.
  • Light source 1 and light guide 2 for example, each mechanically mounted on a circuit board or a printed circuit board, such as a metal core board or a printed circuit board (PCB - printed circuit board) and contacted. But it is also possible that the light guide 2 is attached to the light source 1. It is also possible for the light guide 2 to be fastened to a further, for example flat, light guide (not shown in FIG. 1), which in turn can be fastened to the printed circuit board or the printed circuit board.
  • a further, for example flat, light guide not shown in FIG. 1
  • the light source 1 is suitable for generating divergent electromagnetic radiation 6. That is, the electromagnetic radiation leaving the light source 1 has an angular distribution.
  • the beams 6 do not run parallel to each other, but include angles to one another.
  • Radiation entrance surface 14 of the light guide 2 the electromagnetic radiation is preferably refracted in the direction of the longitudinal axis 15 out.
  • Radiation entrance surface 14 is given by a flat surface that has no macroscopic bumps or bends.
  • the light guide 2 is preferably a solid formed of a heat-resistant dielectric material.
  • the light guide 2 is made of one of the following materials: PMMA, PMMI, polycarbonate, COC or glass.
  • the light guide is preferably transparent to the electromagnetic radiation 6 emitted by the light source 1.
  • the radiation 6 is light in the visible frequency range.
  • the refractive index of the material of the optical waveguide in this frequency range is preferably at least 1.3, more preferably between 1.4 and 1.7.
  • the light guide 2 is cavity-free. That is, the optical fiber 2 is preferably integrally formed without air pockets.
  • the light guide 2 is integrally formed.
  • the light guide is manufactured by means of injection molding.
  • Optical fiber 2 and integrated coupling optics 14 are then preferably produced together as a single injection molded part.
  • the electromagnetic radiation 6 is initially located in the first section 3 of the light guide 2.
  • the first section 3 is limited in the embodiment of Figure 3 by planar side surfaces 7, which are parallel to the longitudinal axis 15.
  • the first section 3 of the light guide 2 has in this embodiment, for example, the shape of a cuboid with the length Li.
  • At least part of the electromagnetic radiation 6 in the light guide 2 is reflected on the side surfaces 7 by means of total reflection. Beams that do not satisfy the condition for total reflection leave the optical fiber 2 through the side surfaces 7.
  • the electromagnetic radiation passes into the second section 4 of the light guide, which is preferably arranged directly downstream of the first section 3 and is integrally formed therewith.
  • the second section 4 of the light guide 2 is delimited by a deflection surface 8, which is formed by a part of the surface of the light guide 2 in the second section 4.
  • the deflection 8 is flat in the embodiment of Figure 1 educated. But it is also possible that the deflection surface 8 has a curvature, as described for example in the general part of the description.
  • the deflection surface 8 extends in the embodiment of Figure 1 over the entire lateral extent of the light guide transversely to the direction of the longitudinal axis 15.
  • the deflection 8 includes with the longitudinal axis 15 an angle ⁇ of at least 90 °.
  • the angle ⁇ is about 135 °.
  • the angle ⁇ is between 100 and 170 °.
  • the deflection surface 8 extends over the entire lateral extent of the first section 3 of the light guide, a large part of the electromagnetic radiation 6 in the light guide 2 impinges on the deflection surface 8. rays 9 which do not fulfill the condition for total reflection there the light guide 2 through the deflection 8. The remaining in the light guide 2 part of the radiation 10 is reflected at the deflection surface 8 in a third section 5 of the light guide 2. However, a part of the electromagnetic radiation 6 can also be reflected by reflection on the side surfaces 7 of the first section 3 directly into the third section 5 of the light guide 2.
  • the third section 5 of the light guide 2 has a length of L 3 .
  • the length of the third section of the light guide 2 is chosen so long that no hotspot at the radiation exit surface 12 of the light guide 2 occurs.
  • the third section 5 is bounded by flat side surfaces 11.
  • the third Section 5 has, for example, the shape of a cuboid. But it is also possible that the third section 5 has the shape of a pyramid or truncated cone, which widens in the direction of a radiation exit surface 12.
  • the third section 5 of the light guide 2 it is possible for the third section 5 of the light guide 2 to be formed, at least in places, in the manner of one of the following optical elements: CPC, CEC, CHC. Also in this case, the optical waveguide widens preferably in the direction of the radiation exit surface 12.
  • the main radiation direction 17 of the electromagnetic radiation in the light guide 2 is changed in the second section 4. After passing through the second section 4 of the light guide 2, the main radiation direction 17 is no longer parallel to the longitudinal axis 15, but transversely, for example, perpendicular to the radiation exit surface 12 of the light guide 2 extends.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • the side surfaces 7 of the first portion 3 of the light guide 2 in this embodiment form an angle with the longitudinal axis 15 of the light guide 2 a.
  • the light guide 2 tapers in the first section 3 to the light source 1.
  • the side surfaces can be formed flat.
  • the first section may then have, for example, the shape of a conical or truncated pyramid.
  • the first section may be formed, at least in places, in the manner of at least one of the following optical elements: CPC, CHC, CEC.
  • the optical waveguide 2 preferably tapers in the direction of the light source 1.
  • the embodiment of the first section 3 preferably allows a more effective reduction of the divergence of the electromagnetic radiation passing through the first section 3, as is the case, for example, in the embodiment of FIG. Further, it is possible that due to the configuration of the side surfaces 7, the reflection of the impinging on the side surfaces 7 radiation 6 takes place with such angles that a greater proportion of the reflected radiation at the deflection surface 8 meets the condition for total reflection. In this way, the radiance of the radiation 13 exiting through the radiation exit surface 12 can be increased.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • the light guide 2 in this embodiment, a radiation entrance surface 14 which is convexly curved to the light source 1 out.
  • the radiation entrance surface 14 may have at least in places a spherical, elliptical or aspherical curvature.
  • the radiation entrance surface 14 is shaped in the manner of a spherical, elliptical or aspherical lens. Due to the configuration of the radiation entrance surface 14 is in the embodiment of Figure 3 by the
  • the optical axis of the lens formed by the radiation entrance surface coincides with the longitudinal axis 15.
  • the lens may be radially symmetrical, for example, centered to the light source 1, executed.
  • the lens can be extruded, with concentric effect only in one direction perpendicular to the extrusion direction to be executed. It is also possible that the lens is also designed as a Fresnel lens in addition to the continuous curve shape of its surface.
  • the radiation 6 is deflected in its direction as it passes through the radiation entrance surface 14 such that the condition for total reflection for a particularly large part of the radiation 6 which strikes the deflection surface 8 is met.
  • Particularly divergent radiation 16 does not enter the light guide 2 due to the configuration of the radiation entrance surface 14.
  • FIG. 4A shows a fourth exemplary embodiment of the illumination device described here.
  • the radiation entrance surface 14 is divided in this embodiment into a central region 18 and edge regions 19.
  • the longitudinal axis 15 runs centrally through the central region 18.
  • the surface is shaped in the manner of a lens in a spherical, elliptical or aspherical manner.
  • the electromagnetic radiation 6 passing through the radiation entrance surface 14 in the central region 18 is imaged by refraction on the curved surface and is refracted in the direction of the longitudinal axis 15.
  • the central region 18 is surrounded by a section sawtooth-shaped reflector ring 19.
  • the radiation incident here is refracted on the inner surface 19a of each edge region 19 and totally reflected on the outer surface 19b of each edge region 19.
  • a particularly large proportion the electromagnetic radiation emitted by the light source 1 can be coupled losslessly into the optical waveguide and, on the other hand, a particularly large proportion of the electromagnetic radiation 6 located in the optical waveguide 2 meets the condition for total reflection at the deflection surface 8.
  • This embodiment of the light guide thus allows a particularly high beam density at the radiation exit surface 12 of the light guide 2.
  • the light guide 2 is therefore particularly well suited for guiding the divergent radiation 6 of the light source 1.
  • the radiation exit surface 12 exiting electromagnetic radiation with very little divergence.
  • radiation with greater divergence it is possible to form the radiation exit surface 12 diffusely scattering. This can be done, for example, by roughening the radiation exit surface 12. In this case, the probability of total reflection of radiation when passing through the radiation exit surface 12 is also advantageously reduced.
  • FIG. 4B shows a detail of the light guide 2, in which the deflection surface 8 is formed in two parts.
  • the deflection surface 8 in this case has a first portion 8 a, which forms an angle ⁇ a with the longitudinal axis 15 and a second portion 8 b, which forms an angle ⁇ ⁇ with the longitudinal axis 15.
  • ⁇ a greater than ⁇ a is selected.
  • ⁇ a is between 150 ° and 170 °, preferably about 160 ° and ⁇ ⁇ between 90 ° and 110 °, preferably about 100 °.
  • Such a two-part design of the deflection 8 is also possible in particular in the other embodiments of the lighting device. It is also possible that the boundary line between the two sections does not coincide with the longitudinal axis 15 but extends parallel to the longitudinal axis 15 right or left of this.
  • FIG. 5 shows the illumination device described here in a fifth exemplary embodiment.
  • the light source 1 is at least partially disposed in the light guide 2 in this embodiment. That is, the material - for example, the transparent plastic - from which the light guide 2 is formed encloses the light source 1 at least partially.
  • the light source 1 may be, for example, at least one light-emitting diode chip, as described above.
  • the light-emitting diode chip is then either cast directly with the material of the light guide 2 or the material of the light guide 2 is followed by a casting of the light-emitting diode chip directly. Further, in this embodiment, it is possible to lead electrical connection parts (not shown) of the light source 1 out of the light guide 2.
  • At least part of the radiation 6 emitted by the light source 1 initially strikes the sidewalls 7 in the first section of the light guide 2.
  • the side walls 7 can, as shown in FIG. 5, be formed at least in places in the manner of a CPC optic which points towards it tapered to the light source 1.
  • the first section it is possible for the first section to be at least in places at least one of the following optical elements is formed: truncated cone, truncated pyramid, CEC, CHC, CPC.
  • the first section 3 tapers in the direction of the light source 1.
  • a particularly large proportion of the radiation 6 in the light guide 2 fulfills the condition for total reflection at the deflection surface 8 in the second section 4 of the light guide 2.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a surface illumination system with light source 1, light guide 2 and planar light guide 20.
  • the planar light guide 20 is arranged on the radiation exit surface 12 of the light guide 2.
  • the light guide 2 is a light guide according to the above-described
  • the planar light guide 20 has a radiation exit surface 21, which is given for example by an upper side of the planar light guide 20. Electromagnetic radiation preferably emerges particularly uniformly through the radiation exit surface 21, that is to say that the emerging radiation has no hotspots. The surface lighting system is then particularly well suited for display backlighting or as ambient light. Light conduction takes place in the planar light guide 20 by reflection on the inner surfaces of the light guide 20, which, for example, reflective or diffuse reflective can be configured.
  • the radiation exit surface 21 may, for example, be designed to be diffusely light-scattering.

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Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, die eine Lichtquelle (1) aufweist, die geeignet ist, divergente elektromagnetische Strahlung (6) in einen Lichtleiter (2) einzukoppeln, wobei die Führung der elektromagnetischen Strahlung (6) im Lichtleiter (2) aufgrund von Totalreflexion erfolgt, der Lichtleiter (2) geeignet ist, eine Hauptstrahlrichtung (17) der elektromagnetischen Strahlung (6) zu ändern, und der Lichtleiter (2) einstückig ausgebildet ist. Als Lichtquelle (1) finden vorzugsweise Leuchtdioden Verwendung. Die Beleuchtungseinrichtung eignet sich besonders gut zur Hinterleuchtung von Displays.

Description

Beschreibung
Beleuchtungseinrichtung
Es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, die besonders kostengünstig herstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle auf, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Das heißt, im Betrieb strahlt die Lichtquelle elektromagnetische Strahlung ab. Bevorzugt ist die Lichtquelle geeignet, divergente elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, beispielsweise divergentes sichtbares Licht. Vorzugsweise ist die Lichtquelle zu Erzeugung von divergentem weißem Licht geeignet .
Unter divergenter elektromagnetischer Strahlung ist dabei ein Strahlenbündel zu verstehen, das eine Winkelverteilung aufweist. Das heißt, Strahlen des Strahlenbündels schließen Winkel miteinander ein, die größer Null sind.
Die Lichtquelle ist bevorzugt geeignet, zumindest einen Teil der erzeugten divergenten Strahlung in einen Lichtleiter einzukoppeln. Dazu kann die Lichtquelle beispielsweise außerhalb des Lichtleiters angeordnet sein, sodass eine Strahlungseintrittsfläche des Lichtleiters der Lichtquelle nachgeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Lichtquelle oder ein Teil der Lichtquelle im Lichtleiter angeordnet sind, sodass die elektromagnetische Strahlung direkt im Lichtleiter abgestrahlt wird.
Unter einem Lichtleiter ist dabei ein optisches Element zu verstehen, das geeignet ist, elektromagnetische Strahlung von einem Ort zu einem anderen Ort zu führen. Insbesondere ist der Lichtleiter kein Strahlung erzeugendes optisches Element, sondern ein passives optisches Element. Die Führung der elektromagnetischen Strahlung erfolgt dabei vorzugsweise durch Reflexionen an den den Lichtleiter begrenzenden Seitenflächen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung erfolgt die Führung der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter aufgrund von Totalreflexionen an den den Lichtleiter begrenzenden Seitenflächen. Besonders bevorzugt erfolgt die Führung der elektromagnetischen Strahlung ausschließlich aufgrund von Totalreflexion. Das heißt, falls die auf die Seitenflächen des Lichtleiters fallende elektromagnetische Strahlung die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, tritt die Strahlung aus dem Lichtleiter in das den Lichtleiter umgebende, optisch dünnere Medium aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist der Lichtleiter geeignet, die Hauptstrahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung zu ändern. Unter Hauptstrahlrichtung ist dabei eine Vorzugsrichtung der Strahlung zu verstehen. Beispielsweise verläuft diese Vorzugsrichtung parallel zu einer Längsachse des Lichtleiters oder eines Abschnitts des Lichtleiters. Die HauptStrahlrichtung kann dabei auch senkrecht zu einer Strahlungsaustrittsfläche der Lichtquelle verlaufen. Das heißt, die Hauptstrahlrichtung verläuft entlang der optischen Achse der Lichtquelle.
Der Lichtleiter ist geeignet, beispielsweise durch Reflexion, die HauptStrahlrichtung zu ändern. Das heißt, die Richtung eines Großteils der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter wird durch Reflexion, bevorzugt Totalreflexion, geändert. Bevorzugt ist der Lichtleiter geeignet, die HauptStrahlrichtung in definierter Weise zu ändern. Das bedeutet, die Hauptstrahlrichtung wird beim Durchlaufen des Lichtleiters um einen bestimmten, vorgebbaren Winkelbetrag geändert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter einstückig ausgebildet. Das heißt, der Lichtleiter ist nicht aus mehreren Teilen zusammengesetzt, sondern aus einem Stück gefertigt. Der Lichtleiter kann dazu zum Beispiel mittels eines Spritzgussverfahrens gefertigt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, die eine Lichtquelle aufweist, die geeignet ist, divergente Strahlung in einen Lichtleiter einzukoppeln. Im Lichtleiter erfolgt die Führung der Strahlung aufgrund von Totalreflexion. Der Lichtleiter ist geeignet, die Hauptstrahlrichtung der Strahlung zu ändern. Weiter ist der Lichtleiter einstückig ausgebildet. Das heißt, es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, bei der die Lichtquelle divergente Strahlung in einen einteiligen Lichtleiter einkoppelt und die Führung der Strahlung im Lichtleiter bevorzugt allein aufgrund von Totalreflexion erfolgt. Die Beleuchtungseinrichtung macht sich dabei unter anderem die Idee zunutze, dass bei einem Lichtleiter, bei dem die Führung der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter allein aufgrund von Totalreflexionen erfolgt, auf eine aufwändige und damit teure reflektierende Beschichtung von Teilen der Oberfläche des Lichtleiters verzichtet werden kann. Weiter ermöglicht die einstückige Herstellung des Lichtleiters ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren wie z. B. Spritzgießen des Lichtleiters. Eine Anpassung des Lichtleiters an die Führung divergenter elektromagnetischer Strahlung erlaubt die Verwendung besonders kostengünstiger Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden, ohne spezieller Optik zur Verringerung der Divergenz des abgestrahlten Lichts.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleiter einen ersten Abschnitt auf, der geeignet ist, die Divergenz der durch ihn tretenden elektromagnetischen Strahlung zu verringern. Beispielsweise ist der erste Abschnitt des Lichtleiters einer Strahlungseintrittsfläche oder der Lichtquelle direkt nachgeordnet. Der erste Abschnitt ist vorzugsweise geeignet, die Divergenz der durch ihn tretenden elektromagnetischen Strahlung zu verringern, ohne dabei die HauptStrahlrichtung der Strahlung nennenswert zu verändern. Die Verringerung der Divergenz kann beispielsweise mittels Reflexion an Seitenflächen des Lichtleiters erfolgen, die den ersten Abschnitt des Lichtleiters begrenzen. Das heißt, der erste Abschnitt des Lichtleiters weist bevorzugt Seitenflächen auf, die zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise mittels Totalreflexion, geeignet sind. Besonders divergente Strahlung - beispielsweise Strahlung in den Randbereichen eines divergenten Strahlenbündels, welche die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, kann den Lichtleiter durch die Seitenflächen verlassen. Auch auf diese Weise wird die Divergenz der im Lichtleiter verbleibenden Strahlung effektiv reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter im ersten Abschnitt zumindest eine ebene Seitenfläche auf. Das heißt, die ebene Seitenfläche weist keine makroskopische Krümmung auf. Die Seitenfläche kann z. B. parallel zur Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters verlaufen. Der erste Abschnitt des Lichtleiters kann beispielsweise die Form eines Quaders aufweisen, der durch ebene Seitenwände des Lichtleiters begrenzt ist. Es ist aber auch möglich, dass die Seitenfläche einen Winkel mit der Längsachse einschließt. Vorzugsweise verjüngt sich der Lichtleiter dann in Richtung der Lichtquelle. Der erste Abschnitt kann dann z. B. die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Abschnitt des Lichtleiters wenigstens eine gekrümmte Seitenfläche auf. Der erste Abschnitt kann beispielsweise als Kegelstumpf ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Seitenfläche in einem Schnitt, beispielsweise in Richtung der Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters, eine Krümmung aufweist. Der Lichtleiter kann dann im ersten Abschnitt zumindest stellenweise nach Art wenigstens eines der folgenden optischen Elemente ausgeführt sein: zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (CPC - Compound parabolic concentrator) , zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (CEC - Compound elliptic concentrator) , zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator (CHC - Compound hyperbolic concentrator) . Bevorzugt verjüngt sich der erste Abschnitt dabei in Richtung der Lichtquelle, sodass die Divergenz der elektromagnetischen Strahlung bei Durchtritt durch den Lichtleiter aufgrund von Totalreflexionen an den Seitenflächen des Lichtleiters verringert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform führt der erste Abschnitt des Lichtleiters die elektromagnetische Strahlung in einen zweiten Abschnitt des Lichtleiters . Bevorzugt schließt sich der zweite Abschnitt des Lichtleiters direkt an den ersten Abschnitt in Hauptstrahlrichtung an. Erster und zweiter Abschnitt des Lichtleiters sind bevorzugt einstückig ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter zudem einen zweiten Abschnitt auf, der geeignet ist, die Hauptstrahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter zu ändern. Das heißt, der zweite Abschnitt ist derart ausgebildet, dass er zum Umlenken zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter geeignet ist . Bevorzugt erfolgt die Richtungsänderung dabei mittels Reflexion der elektromagnetischen Strahlung an einer den zweiten Abschnitt begrenzenden Seitenfläche des Lichtleiters, besonders bevorzugt durch Totalreflexion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter im zweiten Abschnitt eine Umlenkfläche auf. Bevorzugt ist die Umlenkfläche geeignet, zumindest einen Teil der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter, beispielsweise aus dem ersten Abschnitt kommende elektromagnetische Strahlung, zu reflektieren. Die Umlenkfläche ist bevorzugt durch wenigstens eine den Lichtleiter im zweiten Abschnitt begrenzende Seitenfläche des Lichtleiters gegeben. Bevorzugt erfolgt die Reflexion an der Umlenkfläche mittels Totalreflexion. Das heißt, vorzugsweise kann auf eine reflektierende Beschichtung der Umlenkfläche verzichtet werden .
Der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der auf die Umlenkfläche trifft und die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, tritt an der Umlenkfläche aus dem Lichtleiter ins optisch dünnere Medium - beispielsweise den Lichtleiter umgebende Luft - aus. Vorzugsweise trifft der überwiegende Teil der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter beim Durchlaufen des Lichtleiters auf die Umlenkfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung schneidet die Umlenkfläche die Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters. Bevorzugt erstreckt sich die Umlenkfläche über die gesamte Breite des ersten Abschnitts des Lichtleiters. Besonders bevorzugt schließt die Umlenkfläche mit der Längsachse einen Winkel von wenigstens 90° ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist die Umlenkfläche eben ausgebildet. Das heißt, die Umlenkfläche weist keine makroskopische Krümmung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist die Umlenkfläche des Lichtleiters zweiteilig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann die Umlenkfläche eben ausgebildet sein. Bevorzugt schließt ein erster Abschnitt der Umlenkfläche mit der Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters einen ersten Winkel ein. Ein zweiter Abschnitt der Umlenkfläche schließt dann mit der Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters einen zweiten Winkel ein. Bevorzugt umfasst die Umlenkfläche dann genau diese beiden Abschnitte, wobei sich der erste Abschnitt der Umlenkfläche von einer Seitenfläche des ersten Abschnitts des Lichtleiters zur Längsachse des ersten Abschnitts erstreckt und der zweite Abschnitt der Umlenkfläche sich von der Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters zu einer Seitenfläche eines dritten Abschnitts des Lichtleiters erstreckt. Bevorzugt beträgt der erste Winkel zwischen 150° und 170°, vorzugsweise cirka 160°. Der zweite Winkel beträgt dann bevorzugt zwischen 90° und 110°, vorzugsweise cirka 100° .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist die Umlenkfläche eine Krümmung auf, d. h. die Umlenkfläche ist zumindest stellenweise konkav in den Lichtleiter hinein oder konvex aus dem Lichtleiter hinaus gekrümmt. Es ist dabei insbesondere möglich, dass die Umlenkfläche über ihre gesamte Erstreckung eine konvexe oder konkave Krümmung aufweist.
Beispielsweise weist die Umlenkfläche zumindest stellenweise zumindest eine der folgenden Krümmungen auf: parabelartig, ellipsenartig, sphärisch, asphärisch. Das heißt, die Umlenkfläche ist dann im Schnitt zumindest stellenweise nach Art einer Parabel, einer Ellipse, eines Kreises oder asphärisch gekrümmt . Die Krümmung dann dabei konvex aus dem Lichtleiter hinaus oder konkav in den Lichtleiter hinein sein. Weiter ist es möglich, dass die Umlenkfläche zumindest stellenweise nach Art eines Paraboloids, eines Ellipsoids, einer Kugel und/oder einer Rotationsasphäre gekrümmt ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Umlenkfläche durch eine Freiformfläche gegeben ist, die Krümmungen verschiedener, höherer Ordnung aufweisen kann. Besonders bevorzugt ist die Umlenkfläche konvex aus dem Lichtleiter hinausgekrümmt und weist dabei eine nach Art eines Ellipsoids gekrümmte Oberfläche auf .
Die Beleuchtungseinrichtung macht sich dabei unter anderem die Idee zunutze, dass durch die Ausgestaltung der Umlenkfläche eine definierte Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter erfolgen kann. Das heißt, durch die Ausgestaltung der Umlenkfläche kann zum einen die Richtung eingestellt werden, in die die elektromagnetische Strahlung umgelenkt wird, und zum anderen kann durch Ausgestaltung der Umlenkfläche die Abstrahlcharakteristik des reflektierten Lichts - d. h. beispielsweise die räumliche Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts - gezielt eingestellt sein. Die Formgebung der Umlenkfläche kann insbesondere auch an divergente Strahlung im Lichtleiter angepasst sein, so dass ein möglichst großer Anteil der auf die Umlenkfläche treffenden elektromagnetischen Strahlung an dieser totalreflektiert wird. Elektromagnetische Strahlung, die in ungewollten Winkeln auf die Umlenkfläche austritt, wird dort transmittiert und verlässt den Lichtleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist der zweite Abschnitt des Lichtleiters geeignet, die Hauptabstrahlrichtung um einen vorgegebenen Winkel zu drehen. Das heißt, elektromagnetische Strahlung wird beispielsweise an der Umlenkfläche des zweiten Abschnitts definiert reflektiert, sodass die Hauptstrahlrichtung der aus dem ersten Abschnitt kommenden elektromagnetischen Strahlung in eine vorgebbare Richtung, also um einen vorgebbaren Winkel, umgelenkt wird. Beispielsweise kann die Hauptstrahlrichtung um 90° gedreht werden. Die elektromagnetische Strahlung wird vom zweiten Abschnitt z. B. in einen dritten Abschnitt des Lichtleiters geführt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter einen dritten Abschnitt auf, der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung im Lichtleiter zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Lichtleiters zu führen. Beispielsweise schließt sich der dritte Abschnitt des Lichtleiters dem zweiten Abschnitt direkt an. Zweiter und dritter Abschnitt des Lichtleiters sind dann bevorzugt einstückig ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist der dritte Abschnitt zur Verringerung der Divergenz der durch ihn tretenden elektromagnetischen Strahlung geeignet. Der dritte Abschnitt ist vorzugsweise geeignet, die Divergenz der durch ihn tretenden elektromagnetischen Strahlung zu verringern, ohne dabei die HauptStrahlrichtung der Strahlung nennenswert zu verändern. Die Verringerung der Divergenz kann beispielsweise mittels Reflexion an Seitenflächen des Lichtleiters erfolgen, die den dritten Abschnitt des Lichtleiters begrenzen. Das heißt, der dritte Abschnitt des Lichtleiters weist bevorzugt Seitenflächen auf, die zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise mittels Totalreflexion, geeignet sind. Besonders divergente Strahlung, welche die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, kann durch die Seitenflächen den Lichtleiter verlassen, sodass auch auf diese Weise die Divergenz der im Lichtleiter verbleibenden Strahlung effektiv reduziert wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter im dritten Abschnitt zumindest eine ebene Seitenfläche auf. Das heißt, die ebene Seitenfläche weist keine makroskopische Krümmung auf. Die Seitenfläche kann z. B. parallel zur Längsachse des dritten Abschnitts des Lichtleiters verlaufen.
Der dritte Abschnitt des Lichtleiters kann beispielsweise die Form eines Quaders aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Seitenfläche einen Winkel mit der Längsachse des dritten Abschnitts einschließt. Vorzugsweise verbreitert sich der Lichtleiter dann in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche des Lichtleiters. Der dritte Abschnitt kann z. B. die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der dritte Abschnitt des Lichtleiters wenigstens eine gekrümmte Seitenfläche auf. Der dritte Abschnitt kann beispielsweise als Kegelstumpf ausgebildet sein, der sich beispielsweise zur Strahlungsaustrittsfläche hin verbreitert.
Es ist aber auch möglich, dass die Seitenfläche in einem Schnitt durch den Lichtleiter, beispielsweise in Richtung der Längsachse des dritten Abschnitts des Lichtleiters, eine Krümmung aufweist. Der Lichtleiter kann dann im dritten Abschnitt zumindest stellenweise nach Art wenigstens eines der folgenden optischen Elemente ausgeführt sein: zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (CPC - Compound parabolic concentrator) , zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (CEC - Compound elliptic concentrator) , zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator (CHC - Compound hyperbolic concentrator) . Bevorzugt verjüngt sich der dritte Abschnitt dabei in Richtung des zweiten Abschnitts, sodass die Divergenz der elektromagnetischen Strahlung bei Durchtritt durch den Lichtleiter aufgrund von Totalreflexionen an den Seitenflächen des Lichtleiters verringert wird. Der dritte Abschnitt des Lichtleiters ist dabei bevorzugt solange ausgeführt, dass eine ausreichende Durchmischung der durch ihn tretenden Strahlung gewährleistet ist. Der dritte Abschnitt stellt dadurch sicher, dass die Lichtquelle an der Strahlungsaustrittsfläche des dritten Abschnitts nicht abgebildet wird. Das heißt, es sollen an der Strahlungsaustrittsfläche des dritten Abschnitts keine Hotspots auftreten, sondern die elektromagnetische Strahlung soll möglichst gleichmäßig über die Strahlungsaustrittsfläche verteilt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform führt der dritte Abschnitt des Lichtleiters die elektromagnetische Strahlung zu einer Strahlungsaustrittsfläche des Lichtleiters. Es ist aber auch möglich, dass dem dritten Abschnitt des Lichtleiters ein oder mehrere weitere Abschnitte folgen, die ähnlich zum ersten oder ähnlich zum zweiten Abschnitt des Lichtleiters ausgebildet sein können. Das heißt, die weitern Abschnitte des Lichtleiters können zur Verringerung der Divergenz und/oder Umlenkung der Hauptstrahlrichtung geeignet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter eine Strahlungsaustrittsfläche auf, durch die zumindest ein Teil der in den Lichtleiter eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung aus diesem wieder austritt . Durch die Strahlungsaustrittsfläche austretende elektromagnetische Strahlung verlässt den Lichtleiter an zum Lichtaustritt vorgesehener Stelle. Es ist zwar möglich, dass Strahlung den Lichtleiter auch an anderen Stellen als der Strahlungsaustrittsfläche verlässt, beispielsweise solche Strahlung, die bei Auftreffen auf eine der Seitenflächen des Lichtleiters die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, die Strahlungsaustrittsfläche stellt aber die Fläche des Lichtleiters dar, die zum Lichtaustritt vorgesehen ist. Bevorzugt tritt ein Großteil der in den Lichtleiter eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche aus dem Lichtleiter aus . Vorzugsweise ist der Strahlungsaustrittsfläche die von der Beleuchtungseinrichtung zu beleuchtende Fläche oder das von der Beleuchtungseinrichtung zu beleuchtende Objekt nachgeordnet. Es ist auch möglich, dass die Strahlungsaustrittsfläche an die Strahlungseintrittsfläche beispielsweise eines weiteren Lichtleiters grenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist die Strahlungsaustrittsfläche eben ausgebildet. Das heißt, die Strahlungsaustrittsfläche weist keine makroskopischen Unebenheiten oder Krümmungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Strahlungsaustrittsfläche zumindest stellenweise eine makroskopische Krümmung auf. Die Strahlungsaustrittsfläche kann dabei sowohl konvex aus dem Lichtleiter hinaus oder konkav in den Lichtleiter hinein gekrümmt sein. Beispielsweise kann die Strahlungsaustrittsfläche eine der folgenden Krümmungen aufweisen: sphärisch, asphärisch, elliptisch. Die Strahlungsaustrittsfläche kann auch nach Art einer der folgenden optischen Elemente ausgebildet sein: Volumenlinse, die zur Lichtstreuung oder Lichtsammlung geeignet ist, Fresnellinse. Die Strahlungsaustrittsfläche ist dabei bevorzugt einstückig mit dem Lichtleiter ausgebildet . Besonders bevorzugt ist die Strahlungsaustrittsfläche dem dritten Abschnitt des Lichtleiters direkt nachgeordnet, sodass ein Großteil der Strahlung im dritten Abschnitt des Lichtleiters diesen durch die Strahlungsaustrittsfläche verlässt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist die Strahlungsaustrittsfläche diffus streuend ausgebildet, d. h. elektromagnetische Strahlung, die durch die Strahlungsaustrittsfläche tritt, wird beispielsweise durch Lichtbrechung in verschiedene Richtungen abgelenkt. Bevorzugt ist die
Strahlungsaustrittsfläche dazu aufgeraut . Auf diese Weise ist auch die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion von Strahlung aus dem Lichtleiter an der Strahlungsaustrittsfläche reduziert . Durch die Aufrauung wird also auch die Wahrscheinlichkeit für einen Strahlungsaustritt durch die Strahlungsaustrittsfläche erhöht. Im Übrigen ist es aber auch möglich, dass die Strahlungsaustrittsfläche diffus streuend beschichtet ist .
Die Beleuchtungseinrichtung macht sich dabei unter anderem die Idee zunutze, dass die Einkoppelung der durch die Strahlungsaustrittsfläche tretenden Strahlung in einen weiteren Lichtleiter, beispielsweise einen flächig ausgestalteten Lichtleiter, dort besonders effizient erfolgt, wenn die austretende Strahlung eine gewisse Divergenz aufweist. Der flächige Lichtleiter kann beispielsweise ein Oberflächenleuchtsystem bilden, dass eine Fläche umfasst, durch die elektromagnetische Strahlung austreten kann. Beispielsweise ist der flächige Lichtleiter zur Hinterleuchtung eines Displays vorgesehen. Beispielsweise die Druckschrift DE 19860697, deren Offenbarungsgehalt bezüglich eines flachen Lichtleitermoduls hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist, beschreibt einen solchen flächigen Lichtleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter der Beleuchtungseinrichtung als Vollkörper ausgebildet, d. h. die den Lichtleiter begrenzenden Seitenflächen sind beispielsweise durch die Oberflächen des Vollkörpers gebildet. Bevorzugt ist der Vollkörper frei von Kavitäten. Das heißt, bevorzugt sind im Vollkörper keine Hohlräume, das heißt, beispielsweise keine Einschlüsse von Gas enthalten.
Besonders bevorzugt ist der Vollkörper aus einem transparenten Material gebildet. Es ist aber auch möglich, dass der Lichtleiter aus einem Licht diffus streuenden Material gebildet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Material, aus dem der Lichtleiter gebildet ist, einen Brechungsindex von wenigstens 1,0, besonders bevorzugt von wenigstens 1,3 auf.
Beispielsweise ist der Lichtleiter aus einem der folgenden transparenten Kunststoffe gebildet oder enthält einen der folgenden Kunststoffe: PMMA, Polykarbonat , PMMI, COC. Bevorzugt ist der Lichtleiter durch einen Spritzgussprozess hergestellt, d. h. der Lichtleiter ist spritzgegossen. Der Lichtleiter kann aber auch aus einem Glas gebildet sein. Dabei kann der Lichtleiter beispielsweise aus einem Glas gegossen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist die Lichtquelle im Lichtleiter angeordnet. Bevorzugt ist die Lichtquelle dabei im ersten Abschnitt des Lichtleiters angeordnet . Die Lichtquelle ist vorzugsweise zur Erzeugung divergenter elektromagnetischer Strahlung geeignet . Die Hauptstrahlrichtung der von der • Lichtquelle im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung verläuft bevorzugt parallel zu einer Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters.
Bei der Lichtquelle handelt es sich vorzugsweise um zumindest eine Leuchtdiode oder zumindest einen Leuchtdiodenchip. Beispielsweise umfasst die Lichtquelle eine Mehrzahl von Leuchtdioden oder Leuchtdiodenchips, die entlang einer geraden Linie in einer Ebene angeordnet sind.
Das Material des Lichtleiters kann dabei zumindest einen Teil der Vergussmasse darstellen, mit der der Leuchtdiodenchip vergossen ist. Das bedeutet, der Leuchtdiodenchip ist entweder direkt mit dem Material des Lichtleiters vergossen - d. h. der Lichtleiter bilden den Verguss des Leuchtdiodenchips - oder der Leuchtdiodenchip ist mit einem anderen Vergussmaterial vergossen, das an das Material des Lichtleiters grenzt. In diesen Fällen sind Lichtquelle und Lichtleiter einstückig ausgebildet. Für den Fall, dass die Lichtquelle im Lichtleiter angeordnet ist, können beispielsweise elektrische Anschlussstellen zum elektrischen Kontaktieren der Lichtquelle aus dem Lichtleiter hinausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Lichtleiter eine Strahlungseintrittsfläche auf. Die Lichtquelle ist in diesem Fall bevorzugt außerhalb des Lichtleiters angeordnet. Die Strahlungseintrittsfläche ist vorzugsweise in Hauptstrahlrichtung der Lichtquelle nachgeordnet. Dabei kann eine Strahlungsauskoppelflache der Lichtquelle entweder direkt an die Strahlungseintrittsfläche des Lichtleiters grenzen oder zwischen Lichtquelle und
Strahlungseintrittsfläche des Lichtleiters befindet sich ein Spalt, der beispielsweise mit Luft gefüllt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungseintrittsfläche vorgesehen, zumindest einen Teil der von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung beim Eintritt in den Lichtleiter optisch zu brechen. Bevorzugt wird die eintretende Strahlung dabei zumindest zum Teil zur Längsachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters hin gebrochen. Die Längsachse ist die Symmetrieachse des ersten Abschnitts des Lichtleiters in Längsrichtung .
Bevorzugt ist die Strahlungseintrittsfläche geeignet, die Divergenz der durch sie tretenden elektromagnetischen Strahlung mittels Brechung zu verringern. Dazu kann die Strahlungseintrittsfläche beispielsweise eben ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist die Strahlungseintrittsfläche eine Krümmung auf. Das heißt, die Strahlungseintrittsfläche ist makroskopisch gekrümmt . Die Strahlungseintrittsfläche kann dabei konvex aus dem Lichtleiter hinaus oder konkav in den Lichtleiter hinein gekrümmt sein. Weiter ist es möglich, dass die Strahlungseintrittsfläche sowohl konvex als auch konkav gekrümmte Teilbereiche aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist die Strahlungseintrittsfläche zumindest eine der folgenden Krümmungen auf: sphärisch, elliptisch, asphärisch.
Die Strahlungsaustrittsfläche kann zumindest teilweise nach Art eines der folgenden optischen Elemente ausgebildet sein: sphärisch gekrümmte Volumenlinse, asphärisch gekrümmte Volumenlinse, Fresnellinse . Das optische Element ist dabei bevorzugt aus dem Material des Lichtleiters gebildet und einstückig mit dem Lichtleiter ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strahlungseintrittsfläche in einem die Längsachse des ersten Abschnitts umgebenden Zentralbereich der
Strahlungseintrittsfläche nach Art einer sphärischen oder asphärischen Linse aus dem Lichtleiter hinaus gewölbt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist um den Zentralbereich der Strahlungseintrittsfläche zumindest ein ringförmiger Reflektor angeordnet. Der Reflektorring ist beispielsweise in einem zur Längsachse parallelen Schnitt durch den Lichtleiter sägezahnförmig ausgebildet . Die Strahlungseintrittsfläche weist dann sowohl reflektive als auch refraktive optische Elemente auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst die Lichtquelle zumindest einen Leuchtdiodenchip. Bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip um einen Leuchtdiodenchip in
Dünnfilmbauweise. Besonders bevorzugt umfasst die Lichtquelle eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die beispielsweise entlang einer geraden Linie in einer Ebene angeordnet sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtquelle eine diffus gerichtete Abstrahlcharakteristik auf. Das heißt, die von der Lichtquelle im Betrieb emittierte Strahlung weist eine Hauptabstrahlrichtung auf, in welcher die emittierte Strahlung die größte Intensität aufweist . In andere Richtungen wird elektromagnetische Strahlung mit geringerer Intensität abgestrahlt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist die Lichtquelle eine näherungsweise lambertsche Abstrahlcharakteristik auf. Die elektromagnetische Strahlung wird von der Lichtquelle bevorzugt in eine die Lichtquelle umgebende Halbkugel abgestrahlt. Die Hauptabstrahlrichtung ist beispielsweise durch das Lot auf die Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips gegeben.
Es wird ferner ein Oberflächenleuchtsystem mit einer Beleuchtungseinrichtung nach zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben, die zusätzlich einen flächigen Lichtleiter umfasst . Das Oberflächenleuchtsystem eignet sich besonders gut zur Hinterleuchtung von Displays und als Umgebungslicht.
Es wird weiter die Verwendung der Beleuchtungseinrichtung nach zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zur Hinterleuchtung eines Displays angegeben. Die von der Lichtquelle emittierte Strahlung wird dabei mittels des Lichtleiters beispielsweise in einen weiteren, flächigen Lichtleiter eingekoppelt. Der flächige Lichtleiter stellt ein Oberflächenleuchtsystem dar, das beispielsweise zur Hinterleuchtung von Displays wie Liquid-Crystal-Displays (LCD-Displays) eingesetzt werden kann. Die Beleuchtungseinrichtung macht sich dabei unter anderem die Idee zunutze, dass eine oberflächenmontierbare, von der Montageebene weg emittierende Leuchtdiode (Top-Emitter) mit einer Hauptstrahlrichtung zum Beispiel senkrecht zur Montageebene als Lichtquelle Verwendung finden kann. Dies erlaubt eine möglichst einfache Bestückung einer Leiterplatte mit Top-Emittern, deren Licht mittels des Lichtleiters in den flächigen Lichtleiter eingekoppelt wird. Die Länge des Lichtleiters, d. h. die Länge der Abschnitte des Lichtleiters, kann der Höhe des flächigen Lichtleiters über der Leiterplatte angepasst sein.
Bevorzugt finden mehrere der beschriebenen Beleuchtungseinrichtungen zur Lichteinkoppelung in den flächigen Lichtleiter und damit zur Display-Hinterleuchtung Verwendung. Insbesondere ist es dabei auch möglich, dass der flächige Lichtleiter und der Lichtleiter der Beleuchtungseinrichtung einstückig ausgebildet sind.
Neben der beschriebenen optischen Lösung, das Licht einer top-emittierenden Leuchtdiode in einen flächigen Lichtleiter einzukoppeln, sind auch mechanische Lösungen möglich. Die Top-Emitter können z. B. auf eine Leiterplatte, wie z. B. einer bedruckten Leiterplatte (PCB) oder einer flexiblen Leiterplatte (Flexboard) , gelötet werden. Nach dem Löten kann der Streifen der Leiterplatte, auf dem die Leuchtdioden montiert sind, freigeschnitten und je nach Höhe des flächigen Lichtleiters über der Leiterplatte hochgeklappt und aufgestellt werden. Auf diese Weise strahlen die Leuchtdioden ihr Licht seitlich, d. h. parallel zur Montageebene, ab und sind in ihrer Höhe dem flächigen Lichtleiter angepasst . Um die Position der derart montierten Leuchtdioden auch bei mechanischer Beanspruchung zu gewährleisten, ist der aufgestellte Bereich der Leiterplatte mittels auf die Leiterplatte aufgebrachter Haltevorrichtung, wie beispielsweise Klammern, mit dem flächigen Lichtleiter verbunden .
Im Folgenden wird die hier beschriebene
Beleuchtungseinrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Figur 4A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Figur 4B zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung . Figur 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines OberflächenleuchtSystems .
In den Ausführungsbeispielen der Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung. Die
Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle 1 und einen Lichtleiter 2.
Bei der Lichtquelle 1 handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Leuchtdioden, die jeweils zumindest einen Leuchtdiodenchip umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei der Lichtquelle 1 um eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die entlang einer geraden Linie in einer Ebene angeordnet sind (siehe dazu auch Figur 6) . Die Strahlungseintrittsfläche 14 des Lichtleiters 2 ist in ihrer Breite der Abmessung der Leuchtdioden angepasst. Die Breite des Lichtleiters 2 beträgt an der Strahlungseintrittsfläche 14 cirka 4 bis 7 mm.
Bevorzugt weist der Leuchtdiodenchip eine Lichtauskoppelfläche auf, durch die ein Großteil der vom Leuchtdiodenchip emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird. Die Lichtauskoppelfläche ist beispielsweise durch einen Teil der Oberfläche des Leuchtdiodenchips gegeben. Bevorzugt ist die Lichtauskoppelfläche durch eine Hauptfläche des Leuchtdiodenchips gegeben, die beispielsweise parallel zu einer Epitaxie-Schichtenfolge des Leuchtdiodenchips angeordnet ist, welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Dazu kann die Epitaxie-Schichtenfolge beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopf- oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen. Die Bezeichnung QuantentopfStruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss („Confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung QuantentopfStruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip um einen Halbleiterleuchtdiodenchip, bei dem das Aufwachssubstrat zumindest gedünnt oder entfernt ist und auf dessen dem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgewandter Oberfläche ein Trägerelement aufgebracht ist.
Das Trägerelement kann verglichen mit einem Aufwachssubstrat relativ frei gewählt werden. Bevorzugt wird ein Trägerelement gewählt, das hinsichtlich seines
Temperaturausdehnungskoeffizienten besonders gut an die Strahlungserzeugende Epitaxie-Schichtenfolge angepasst ist. Weiter kann das Trägerelement ein Material enthalten, das besonders gut Wärme leitend ist. Auf diese Weise wird die im Betrieb vom Leuchtdiodenchip erzeugte Wärme besonders effizient an das Wärmeleitelement abgeführt. Solche durch das Entfernen des Aufwachssubstrats hergestellten Leuchtdiodenchips werden auch als Dünnfilmleuchtdiodenchips bezeichnet und zeichnen sich bevorzugt durch die folgenden Merkmale aus :
- An einer zum Trägerelement hingewandten ersten Hauptfläche der Strahlungserzeugenden Epitaxie-Schichtenfolge ist eine reflektierende Schicht oder Schichtenfolge aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil in der Epitaxie- Schichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert .
- Die Epitaxie-Schichtenfolge weist bevorzugt eine Dicke von maximal zwanzig Mikrometer, besonders bevorzugt von maximal zehn Mikrometer auf .
- Weiter enthält die Epitaxie-Schichtenfolge bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist. Im Idealfall führt diese Durchmischungsstruktur zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichts in der Epitaxie-Schichtenfolge, das heißt sie weist ein möglichst ergodisch, stochastisches Streuverhalten auf.
Ein Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift Schnitzer I. et al . , "30% external quantum efficiency from surface textured LEDs", Applied Physics Letters, Okt 1993, Bd. 63, Seiten 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt, das Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips betreffend, hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Lichtquelle 1 weist eine Strahlungsaustrittsfläche Ia auf, durch die ein Großteil der in der Lichtquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung die Lichtquelle verlässt.
Lichtquelle 1 und Lichtleiter 2 sind im Ausführungsbeispiel • der Figur 1 beabstandet zueinander angeordnet. Das heißt, zwischen Strahlungsauskoppelfläche Ia der Lichtquelle 1 und der Strahlungseintrittsfläche 14 des Lichtleiters 2 befindet sich ein Spalt, der beispielsweise mit Luft gefüllt sein kann. Es ist aber auch möglich, dass die
Strahlungsaustrittsfläche Ia der Lichtquelle 1 direkt an die Strahlungseintrittsfläche 14 des Lichtleiters grenzt. Lichtquelle 1 und Lichtleiter 2 können in diesem Fall einstückig ausgebildet sein.
Lichtquelle 1 und Lichtleiter 2 sind beispielsweise zentriert zueinander angeordnet. Das heißt, die Längsachse 15 des ersten Abschnitts 3 des Lichtleiters 2, die eine Symmetrieachse des ersten Abschnitts 3 des Lichtleiters 2 in Längsrichtung darstellt, verläuft durch das geometrische Zentrum Ia der Lichtquelle 1.
Bevorzugt fällt die Längsachse 15 mit der optischen Achse der durch die Strahlungseintrittsfläche 14 des Lichtleiters 2 gebildete Linse zusammen. Die Hauptstrahlrichtung 17 der elektromagnetischen Strahlung 6 im Lichtleiter verläuft bevorzugt parallel zur Längsachse 15.
Lichtquelle 1 und Lichtleiter 2 sind beispielsweise jeweils auf einer Platine oder einer Leiterplatte, wie beispielsweise einer Metallkernplatine oder einer bedruckten Leiterplatte (PCB - printed circuit board) mechanisch befestigt und kontaktiert. Es ist aber auch möglich, dass der Lichtleiter 2 an der Lichtquelle 1 befestigt ist. Weiter ist es möglich, dass der Lichtleiter 2 an einem weiteren, beispielsweise flächigen Lichtleiter, befestigt ist (in Figur 1 nicht dargestellt) , der seinerseits auf der Platine oder der Leiterplatte befestigt sein kann.
Die Lichtquelle 1 ist zur Erzeugung divergenter elektromagnetischer Strahlung 6 geeignet. Das heißt, die elektromagnetische Strahlung, die die Lichtquelle 1 verlässt, weist eine Winkelverteilung auf. Die Strahlen 6 verlaufen nicht jeweils parallel zueinander, sondern schließen Winkel zueinander ein. Bei Durchtritt durch die
Strahlungseintrittsfläche 14 des Lichtleiters 2 wird die elektromagnetische Strahlung vorzugsweise in Richtung zur Längsachse 15 hin gebrochen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die
Strahlungseintrittsfläche 14 durch eine ebene Fläche gegeben, die keine makroskopischen Unebenheiten oder Krümmungen aufweist .
Der Lichtleiter 2 ist bevorzugt ein Vollkδrper, der aus einem hitzebeständigen dielektrischen Material gebildet ist. Beispielsweise besteht der Lichtleiter 2 aus einem der folgenden Materialien: PMMA, PMMI, Polykarbonat , COC oder Glas. Der Lichtleiter ist für die von der Lichtquelle 1 emittierte elektromagnetische Strahlung 6 vorzugsweise transparent. Bevorzugt handelt es sich bei der Strahlung 6 um Licht im sichtbaren Frequenzbereich. Der Brechungsindex des Materials des Lichtleiters beträgt in diesem Frequenzbereich bevorzugt wenigstens 1,3, besonders bevorzugt zwischen 1,4 und 1,7. Bevorzugt ist der Lichtleiter 2 kavitätsfrei ausgebildet. Das heißt, der Lichtleiter 2 ist bevorzugt einstückig ausgebildet, ohne dabei Lufteinschlüsse aufzuweisen.
Vorzugsweise ist der Lichtleiter 2 einstückig ausgebildet . Besonders bevorzugt ist der Lichtleiter mittels Spritzguss gefertigt . Lichtleiter 2 und integrierte Einkoppeloptik 14 sind dann bevorzugt gemeinsam als ein einziges Spritzgussteil herstellbar.
Die elektromagnetische Strahlung 6 befindet sich zunächst im ersten Abschnitt 3 des Lichtleiters 2. Der erste Abschnitt 3 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 3 durch ebene Seitenflächen 7 begrenzt, die parallel zur Längsachse 15 verlaufen. Der erste Abschnitt 3 des Lichtleiters 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise die Form eines Quaders mit der Länge Li auf .
Zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 6 im Lichtleiter 2 wird an den Seitenflächen 7 mittels Totalreflexion reflektiert. Strahlen, die die Bedingung für die Totalreflexion nicht erfüllen, verlassen den Lichtleiter 2 durch die Seitenflächen 7.
Vom ersten Abschnitt 3 gelangt die elektromagnetische Strahlung in den zweiten Abschnitt 4 des Lichtleiters, der dem ersten Abschnitt 3 vorzugsweise direkt nachgeordnet ist und mit diesem einstückig ausgebildet ist.
Der zweite Abschnitt 4 des Lichtleiters 2 ist durch eine Umlenkfläche 8 begrenzt, die durch einen Teil der Oberfläche des Lichtleiters 2 im zweiten Abschnitt 4 gebildet ist. Die Umlenkfläche 8 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 eben ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Umlenkfläche 8 eine Krümmung aufweist, wie es beispielsweise im allgemeinen Teil der Beschreibung beschrieben ist.
Die Umlenkfläche 8 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel der Figur 1 über die gesamte laterale Ausdehnung des Lichtleiters quer zur Richtung der Längsachse 15. Die Umlenkfläche 8 schließt mit der Längsachse 15 einen Winkel φ von wenigstens 90° ein. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 beträgt der Winkel φ ca. 135°. Bevorzugt beträgt der Winkel φ zwischen 100 und 170° .
Aufgrund der Tatsache, dass sich die Umlenkfläche 8 über die gesamte laterale Ausdehnung des ersten Abschnitts 3 des Lichtleiters erstreckt, trifft ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung 6 im Lichtleiter 2 auf die Umlenkfläche 8. Strahlen 9, die die Bedingung für Totalreflexion dort nicht erfüllen, verlassen den Lichtleiter 2 durch die Umlenkfläche 8. Der im Lichtleiter 2 verbleibende Teil der Strahlung 10 wird an der Umlenkfläche 8 in einen dritten Abschnitt 5 des Lichtleiters 2 reflektiert. Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 6 kann aber auch mittels Reflexion an den Seitenflächen 7 des ersten Abschnitts 3 direkt in den dritten Abschnitt 5 des Lichtleiters 2 reflektiert werden.
Der dritte Abschnitt 5 des Lichtleiters 2 weist eine Länge von L3 auf. Die Länge des dritten Abschnitts des Lichtleiters 2 ist dabei so lange gewählt, dass kein Hotspot an der Strahlungsaustrittsfläche 12 des Lichtleiters 2 auftritt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der dritte Abschnitt 5 durch ebene Seitenflächen 11 begrenzt. Der dritte Abschnitt 5 weist dabei beispielsweise die Form eines Quaders auf. Es ist aber auch möglich, dass der dritte Abschnitt 5 die Form eines Pyramiden- oder Kegelstumpfes aufweist, der sich in Richtung einer Strahlungsaustrittsfläche 12 verbreitert. Weiter ist es möglich, dass der dritte Abschnitt 5 des Lichtleiters 2 zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden optischen Elemente ausgebildet ist: CPC, CEC, CHC. Auch in diesem Fall verbreitert sich der Lichtleiter bevorzugt in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 12.
Die Hauptstrahlrichtung 17 der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter 2 wird im zweiten Abschnitt 4 geändert . Nach Durchlaufen des zweiten Abschnitts 4 des Lichtleiters 2 verläuft die Hauptstrahlrichtung 17 nicht mehr parallel zur Längsachse 15, sondern quer, beispielsweise senkrecht, zur Strahlungsaustrittsfläche 12 des Lichtleiters 2 verläuft .
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 schließen die Seitenflächen 7 des ersten Abschnitts 3 des Lichtleiters 2 in diesem Ausführungsbeispiel einen Winkel mit der Längsachse 15 des Lichtleiters 2 ein. Der Lichtleiter 2 verjüngt sich im ersten Abschnitt 3 zur Lichtquelle 1. Die Seitenflächen können dabei eben ausgebildet sein. Der erste Abschnitt kann dann beispielsweise die Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes aufweisen. Weiter ist es möglich, dass der erste Abschnitt zumindest stellenweise nach Art zumindest eines der folgenden optischen Elemente gebildet ist: CPC, CHC, CEC. Auch in diesem Fall verjüngt sich der Lichtleiter 2 vorzugsweise in Richtung der Lichtquelle 1. Die Ausgestaltung des ersten Abschnitts 3 erlaubt vorzugsweise eine effektivere Verringerung der Divergenz der durch den ersten Abschnitt 3 tretenden elektromagnetischen Strahlung, als dies beispielsweise beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 der Fall ist. Weiter ist es möglich, dass aufgrund der Ausgestaltung der Seitenflächen 7 die Reflexion der auf die Seitenflächen 7 auftreffenden Strahlung 6 mit solchen Winkeln erfolgt, dass ein größerer Anteil der reflektierten Strahlung an der Umlenkfläche 8 die Bedingung für Totalreflexion erfüllt . Auf diese Weise kann die Strahldichte der durch die Strahlungsaustrittsfläche 12 austretenden Strahlung 13 erhöht werden.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 weist der Lichtleiter 2 in diesem Ausführungsbeispiel eine Strahlungseintrittsfläche 14 auf, die konvex zur Lichtquelle 1 hin gekrümmt ist. Die Strahlungseintrittsfläche 14 kann zumindest stellenweise eine sphärische, elliptische oder asphärische Krümmung aufweisen. Beispielsweise ist die Strahlungseintrittsfläche 14 nach Art einer sphärischen, elliptischen oder asphärischen Linse geformt. Aufgrund der Ausgestaltung der Strahlungseintrittsfläche 14 wird im Ausführungsbeispiel der Figur 3 durch die
Strahlungseintrittsfläche 14 in den Lichtleiter 2 eintretende elektromagnetische Strahlung besonders effektiv in Richtung Längsachse 15 des ersten Abschnitts 3 des Lichtleiters 2 hin gebrochen. Die optische Achse der durch die Strahlungseintrittsfläche geformten Linse fällt beispielsweise mit der Längsachse 15 zusammen. Die Linse kann radialsymmetrisch, beispielsweise zentriert zur Lichtquelle 1, ausgeführt sein. Die Linse kann extrudiert, mit konzentrierender Wirkung nur in eine Richtung senkrecht zur Extrusionsrichtung, ausgeführt werden. Weiter ist es möglich, dass die Linse neben dem gezeigten kontinuierlichen Kurvenverlauf ihrer Oberfläche auch als Fresnellinse ausgeführt ist .
Die Strahlung 6 wird bei Durchtritt durch die Strahlungseintrittsfläche 14 derart in ihrer Richtung abgelenkt, dass die Bedingung für Totalreflexion für einen besonders großen Teil der Strahlung 6, die auf die Umlenkfläche 8 trifft, erfüllt wird. Besonders divergente Strahlung 16 tritt aufgrund der Ausgestaltung der Strahlungseintrittsfläche 14 nicht in den Lichtleiter 2 ein.
Figur 4A zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung .
Die Strahlungseintrittsfläche 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einen Zentralbereich 18 und Randbereiche 19 unterteilt. Mittig durch den Zentralbereich 18 verläuft die Längsachse 15. Im Zentralbereich 18 ist die Oberfläche nach Art einer Linse sphärisch, elliptisch oder asphärisch geformt. Die im Zentralbereich 18 durch die Strahlungseintrittsfläche 14 tretende elektromagnetische Strahlung 6 wird durch Brechung an der gewölbten Oberfläche abgebildet und in Richtung zur Längsachse 15 hin gebrochen.
Der Zentralbereich 18 ist von einem im Schnitt sägezahnförmigen Reflektorring 19 umgeben. Die hier auftreffende Strahlung wird an der Innenfläche 19a eines jeden Randbereichs 19 gebrochen und an der Außenfläche 19b eines jeden Randbereichs 19 totalreflektiert. Auf diese Weise ist es möglich, dass zum einen ein besonders großer Anteil der von der Lichtquelle 1 emittierten elektromagnetischen Strahlung verlustfrei in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann und zum anderen ein besonders großer Anteil der im Lichtleiter 2 befindlichen elektromagnetischen Strahlung 6 an der Umlenkfläche 8 die Bedingung für Totalreflexion erfüllt. Diese Ausgestaltung des Lichtleiters erlaubt damit eine besonders hohe Strahldichte an der Strahlungsaustrittsfläche 12 des Lichtleiters 2. Der Lichtleiter 2 ist zur Führung der divergenten Strahlung 6 der Lichtquelle 1 damit besonders gut geeignet .
Weiter resultiert an der Strahlungsaustrittsfläche 12 austretende elektromagnetische Strahlung mit besonders geringer Divergenz. Für den Fall, dass an der Strahlungsaustrittsfläche 12 Strahlung mit größerer Divergenz benötigt wird, ist es möglich, die Strahlungsaustrittsfläche 12 diffus streuend auszubilden. Dies kann beispielsweise mittels Aufrauen der Strahlungsaustrittsfläche 12 geschehen. In diesem Fall ist auch die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion von Strahlung bei Durchtritt durch die Strahlungsaustrittsfläche 12 vorteilhaft verringert . Alternativ ist es auch möglich, die Strahlungsaustrittsfläche mit einer diffus streuenden Schicht zu beschichten.
Figur 4B zeigt einen Ausschnitt des Lichtleiters 2, bei dem die Umlenkfläche 8 zweiteilig ausgebildet ist. Die Umlenkfläche 8 weist dabei einen ersten Abschnitt 8a auf, der einen Winkel φa mit der Längsachse 15 einschließt und einen zweiten Abschnitt 8b, der einen Winkel φ^ mit der Längsachse 15 einschließt. Bevorzugt ist φa größer φa gewählt. Beispielsweise beträgt φa zwischen 150° und 170°, bevorzugt cirka 160° und φ^ zwischen 90° und 110°, bevorzugt cirka 100°. Eine solche zweiteilige Ausgestaltung der Umlenkfläche 8 ist insbesondere auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen der Beleuchtungseinrichtung möglich. Dabei ist es auch möglich, dass die Grenzlinie zwischen den beiden Abschnitten nicht mit der Längsachse 15 zusammenfällt sonder parallel zur Längsachse 15 rechts oder links von dieser verläuft.
Figur 5 zeigt die hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung in einem fünften Ausführungsbeispiel .
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 ist die Lichtquelle 1 in diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise im Lichtleiter 2 angeordnet. Das heißt, das Material - beispielsweise der transparente Kunststoff - aus dem der Lichtleiter 2 gebildet ist, umschließt die Lichtquelle 1 zumindest teilweise.
Bei der Lichtquelle 1 kann es sich beispielsweise um zumindest einen Leuchtdiodenchip handeln, wie er weiter oben beschrieben ist. Der Leuchtdiodenchip ist dann entweder direkt mit dem Material des Lichtleiters 2 vergossen oder das Material des Lichtleiters 2 schließt sich einem Verguss des Leuchtdiodenchips direkt an. Weiter ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, elektrische Anschlussteile (nicht gezeigt) der Lichtquelle 1 aus dem Lichtleiter 2 hinauszuführen.
Zumindest ein Teil der von der Lichtquelle 1 emittierten Strahlung 6 trifft zunächst auf die Seitenwände 7 im ersten Abschnitt des Lichtleiters 2. Die Seitenwände 7 können dabei, wie in Figur 5 gezeigt, zumindest stellenweise nach Art einer CPC-Optik ausgebildet sein, die sich hin zur Lichtquelle 1 verjüngt. Weiter ist es möglich, dass der erste Abschnitt zumindest stellenweise nach Art zumindest eines der folgenden optischen Elemente ausgebildet ist: Kegelstumpfoptik, Pyramidenstumpfoptik, CEC, CHC, CPC. Vorzugsweise verjüngt sich dabei der erste Abschnitt 3 in Richtung der Lichtquelle 1.
Auf diese Weise kann die Divergenz der Strahlung 6 im Lichtleiter besonders effektiv verringert werden. Ein besonders großer Anteil der Strahlung 6 im Lichtleiter 2 erfüllt die Bedingung für Totalreflexion an der Umlenkfläche 8 im zweiten Abschnitt 4 des Lichtleiters 2.
Figur 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Oberflächenleuchtsystems mit Lichtquelle 1, Lichtleiter 2 und flächigem Lichtleiter 20. Der flächige Lichtleiter 20 ist an der Strahlungsaustrittsfläche 12 des Lichtleiters 2 angeordnet. Beim Lichtleiter 2 handelt es sich um einen Lichtleiter gemäß der oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele. Zwischen Lichtleiter 2 und flächigem Lichtleiter 20 ist wie in Figur 6 dargestellt, ein Spalt angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Bauelemente einstückig miteinander ausgebildet sind.
Bevorzugt weist der flächige Lichtleiter 20 eine Strahlungsaustrittsfläche 21 auf, die zum Beispiel durch eine Oberseite des flächigen Lichtleiters 20 gegeben ist. Bevorzugt tritt elektromagnetische Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche 21 besonders gleichmäßig aus, das heißt, die austretende Strahlung weist keine Hotspots auf. Das Oberflächenleuchtsystem eignet sich dann besonders gut zur Displayhinterleuchtung oder als Umgebungslicht . Lichtleitung findet im flächigen Lichtleiter 20 durch Reflexion an den Innenflächen des Lichtleiters 20 statt, die dazu beispielsweise reflektierend oder diffus reflektierend ausgestaltet sein können. Die Strahlungsaustrittsfläche 21 kann zum Beispiel diffus Licht streuend ausgebildet sein.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 102005024964.7 sowie 102005042523.2-54 deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung, aufweisend
- eine Lichtquelle (1) , die geeignet ist, divergente elektromagnetische Strahlung (6) in einen Lichtleiter (2) einzukoppeln, wobei
- die Führung der elektromagnetischen Strahlung (6) im Lichtleiter (2) aufgrund von Totalreflexion erfolgt,
- der Lichtleiter (2) geeignet ist, eine Hauptstrahlrichtung (17) der elektromagnetischen Strahlung (6) zu ändern, und
- der Lichtleiter (2) einstückig ausgebildet ist.
2. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der der Lichtleiter (2) einen ersten Abschnitt (3) aufweist, der geeignet ist, die Divergenz der durch ihn tretenden elektromagnetischen Strahlung (6) zu verringern.
3. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der erste Abschnitt (3) zumindest eine ebene Seitenfläche (7) aufweist.
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der erste Abschnitt (3) zumindest eine gekrümmte Seitenfläche (7) aufweist.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der erste Abschnitt (3) zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden optischen Elemente ausgebildet ist : CPC, CHC, CEC, Kegelstumpfoptik, Pyramidenstumpfoptik.
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der erste Abschnitt (3) die elektromagnetische Strahlung (6) zu einem zweiten Abschnitt (4) des Lichtleiters (2) führt.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Lichtleiter (2) einen zweiten Abschnitt (4) aufweist, der geeignet ist, die Hauptstrahlrichtung (17) der elektromagnetischen Strahlung zu ändern.
8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der zweite Abschnitt (4) eine Umlenkfläche (8) aufweist, die geeignet ist, zumindest einen Teil der elektromagnetischen Strahlung (6) im Lichtleiter (2) zu reflektieren.
9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der ein Großteil der aus dem ersten Abschnitt (3) kommenden elektromagnetischen Strahlung (6) auf die Umlenkfläche (8) trifft.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Umlenkfläche (8) die Längsachse (15) des ersten Abschnitts (3) schneidet.
11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Umlenkfläche (8) eben ausgebildet ist.
12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Umlenkfläche (8) eine Krümmung aufweist.
13. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Umlenkfläche (8) zumindest stellenweise konvex aus dem Lichtleiter (2) hinaus gekrümmt ist.
14. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei der die Umlenkfläche (8) zumindest stellenweise eine der folgenden Krümmungen aufweist: parabelartig, ellipsenartig, sphärisch, asphärisch.
15. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Umlenkfläche (8) des Lichtleiters (2) zweiteilig ausgebildet ist.
16. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Umlenkfläche (8) einen ersten ebenen Abschnitt
(8a) , der mit der Längsachse (15) des ersten Abschnitts (3) des Lichtleiters (2) einen ersten Winkel (φa) einschließt, und einen zweiten ebenen Abschnitt (8b) aufweist, der mit der Längsachse (15) des ersten Abschnitts (3) des Lichtleiters (2) einen zweiten Winkel ' (φ^) einschließt, wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist .
17. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der zweite Abschnitt (4) geeignet ist, die Hauptstrahlrichtung (17) um einen vorgebbaren Winkel zu ändern.
18. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der der zweite Abschnitt (4) geeignet ist, die
HauptStrahlrichtung (17) um einen 90-Grad-Winkel zu drehen.
19. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der zweite Abschnitt (4) die elektromagnetische Strahlung (6) zu einem dritten Abschnitt (5) des Lichtleiters (2) führt.
20. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Lichtleiter (2) einen dritten Abschnitt (5) aufweist, der geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung (6) zu einer Strahlungsaustrittsfläche (12) des Lichtleiters zu führen .
21. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der dritte Abschnitt (5) geeignet ist, die Divergenz der durch ihn tretenden Strahlung (6) zu verringern.
22. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der dritte Abschnitt (5) zumindest eine ebene Seitenfläche (11) aufweist.
23. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der dritte Abschnitt (5) zumindest eine gekrümmte Seitenfläche (11) aufweist.
24. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der dritte Abschnitt (5) zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden optischen Elemente ausgebildet ist: CPC, CEC, CHC, Kegelstumpfoptik, Pyramidenstumpfoptik.
25. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der Lichtleiter (2) eine Strahlungsaustrittsfläche (12) aufweist, durch die ein Teil der in den Lichtleiter (2) eingekoppelten Strahlung (6) den Lichtleiter (2) verlässt.
26. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der ein Großteil der in den Lichtleiter (2) eingekoppelten Strahlung (6) den Lichtleiter (2) durch die Strahlungsaustrittsfläche (12) verlässt.
27. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Strahlungsaustrittsfläche (12) des Lichtleiters (2) eben ausgebildet ist.
28. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, bei der die Strahlungsaustrittsfläche (12) zumindest stellenweise eine der folgenden Krümmungen aufweist : sphärisch, elliptisch, asphärisch.
29. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der die Strahlungsaustrittsfläche (12) diffus Licht streuend ausgebildet ist .
30. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der die Strahlungsaustrittsfläche (12) aufgeraut ist.
31. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der Lichtleiter (2) als Vollkörper ausgebildet ist.
32. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der Lichtleiter (2) frei von Kavitäten ist.
33. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der Lichtleiter (2) aus einem transparenten Material gebildet ist.
34. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der das Material, aus dem der Lichtleiter (2) gebildet ist, einen Brechungsindex von wenigstens 1,3 aufweist.
35. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der der Lichtleiter (2) eines der folgenden Materialien enthält: PMMA, Polykarbonat , PMMI, COC, Glas.
36. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der die Lichtquelle (1) im ersten Abschnitt (3) des Lichtleiters (2) angeordnet ist.
37. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, bei der der Lichtleiter (2) eine Strahlungseintrittsfläche (14) aufweist.
38. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) der Lichtquelle
(1) in Hauptstrahlrichtung (17) nachgeordnet ist.
39. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 37 oder 38, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) geeignet ist, die durch sie tretende Strahlung (6) zu brechen.
40. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) geeignet ist, die durch sie tretende Strahlung (6) zur Längsachse (15) des ersten Abschnitts (3) des Lichtleiters (2) hin zu brechen.
41. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) geeignet ist, die Divergenz der durch sie tretenden Strahlung (6) zu verringern .
42. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 41, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) eine Krümmung aufweist .
43. Beleuchtungseinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) eine der folgenden Krümmungen aufweist: sphärisch, elliptisch, asphärisch.
44. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, bei der die Strahlungseintrittsfläche (14) zumindest stellenweise konvex aus dem Lichtleiter (2) hinausgekrümmt ist.
45. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , bei der die Lichtquelle (1) zumindest einen Leuchtdiodenchip umfasst .
46. Oberflächenleuchtsystem mit einer Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Beleuchtungssystem elektromagnetische Strahlung in einen flächigen Lichtleiter (20) einstrahlt.
47. Verwendung der Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Hinterleuchtung eines Displays, insbesondere eines LCD-Displays.
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