WO2006116982A2

WO2006116982A2 - Plattenförmiger lichtlenkungskörper

Info

Publication number: WO2006116982A2
Application number: PCT/DE2006/000757
Authority: WO
Inventors: Martin Röhrig; Holger Schwarz; Jochen Müller
Original assignee: Roehrig Martin; Holger Schwarz; Mueller Jochen
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-11-09
Also published as: WO2006116982A3; DE202005006915U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Lichtlenkungskörper (1) aus lichttransparentem Material mit zwei zumindest im wesentlichen parallelen Flächen und einer oder mehreren, diese Flächen verbindenden Seitenflächen mit einer durch den Abstand der parallelen Flächen bestimmten Bauhöhe ≤ 10 mm, vorzugsweise ≤ 6 mm und mindestens einer Ausdehnung (2, 16) zur Positionierung einer Leuchtdiode (LED) (3) , deren emittiertes Licht über eine oder mehrere Lichteintrittsflächen (4, 5) in den Lichtlenkungskörper (1) eintritt und durch Totalreflexion, Beugung, Reflexion und/oder durch lichtlenkende Mittel so geführt wird, dass das gesamte emittierte Licht an einer Seitenfläche (7) als gerichtetes Strahlenbündel austritt.

Description

Plattenförmiger Lichtlenkungskörper

Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Lichtlenkungskörper aus lichttransparentem Material mit zwei zumindest im Wesentlichen parallelen Flächen und einer oder mehreren diese Flächen verbindenden Seitenflächen.

Nach den Gesetzen der Strahlenoptik ist bekannt, dass Licht, welches in nicht-senkrechter Richtung auf die Grenzfläche eines optisch dünneren oder dichteren Mediums trifft, gebeugt wird. Bei Überschreiten des sogenannten Grenzwinkels kommt es zu einer Totalreflexion, welche in Lichtleitkörpern, insbesondere Lichtleitfasern seit langem ausgenutzt wird. Darüber hinaus werden seit je her insbesondere in Taschenlampen, Autoscheinwerfern oder Bremsleuchten Hohlreflektoren verwendet, die eine innere Spiegelfläche besitzen, durch welche das von einer Lichtquelle stammende Licht so zurückgeworfen wird, dass das austretende Lichtbündel im wesentlichen in einer Richtung abgestrahlt wird. Diese Maßnahmen dienen dazu, das gesamte von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht nutzbar zu machen. Bei geometrisch kleineren Beleuchtungseinrichtungen war man lange Zeit auf die Verwendung von Glühlampen angewiesen, welche bekanntlich eine schlechte Energieausbeute liefern. Zudem ist die Lebensdauer solcher Glühbirnen relativ kurz, so dass die Leuchtmittel häufig gewechselt werden müssen. Abhilfe können Leuchtdioden schaffen, die es inzwischen mit einer ausreichend großen Strahlkraft zu günstigen Preisen gibt. Leuchtdioden sind stoßfest und um ein Vielfaches langlebiger als Glühlampen. Zudem sind Leuchtdioden energiesparend und besitzen eine gegenüber der Umgebungstemperatur kaum erhöhte Betriebstemperatur. Ein weiterer Vorteil von Leuchtdioden liegt in der geringen Bauhöhe, welche eine Miniaturisierung von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen zulässt.

Trotz dieser Vorteile ist es zur Verbesserung der Lichtausbeute erforderlich, das praktisch rundum von einer Leuchtdiode abgestrahlte Licht in geeigneter Form zu sammeln. Hierzu können Vorsatzoptiken wie z. B. Fresnel-Linsen mit einer hinteren sacklochartigen Öffnung zum Einführen der Leuchtdiode oder auch Hohlreflektoren dienen. Der Nachteil dieser optischen Hilfsmittel liegt in ihrer rotationssymmetrischen Ausbildung, die ein relativ großes Bauvolumen hat. Dies führt wiederum dazu, dass mehrere Leuchtdioden sich nicht gut zu Gruppen addieren lassen können, insbesondere wenn die Bauform kompakt sein soll. Auch muss bei einer relativ hohen Lichtemission einer LED dafür gesorgt werden, dass eine unangenehme und in Extremfällen sogar gefährliche Blendung des Betrachters bzw. Benutzers der Lichtquelle vermieden wird. Dieses Problem verschärft sich mit wachsender Lichtausbeute der auf dem Markt verfügbaren LED, da trotz der hohen Strahlungsleistungen der LED die verfügbare Lichtausbeute einer einzelnen LED vielfach bei Weitem noch nicht ausreicht, um annähernd normkonforme Beleuchtungsstärken zu generieren, so dass dann zwangsläufig mehrere Lichtquellen zu Gruppen addiert werden müssen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen plattenförmigen Lichtlenkungskörper zu schaffen, der sich raumsparend unterbringen lässt und der geeignet ist, eine oder mehrere LED aufzunehmen und deren Licht optimal zu bündeln.

Diese Aufgabe wird durch den plattenförmigen Lichtlenkungskörper nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besteht dieser Lichtlenkungskörper aus lichttransparentem Material mit zwei zumindest im Wesentlichen parallelen Flächen und einer oder mehreren diese (im Wesentlichen parallelen) Flächen verbindenden Seitenflächen. Der Abstand der größeren parallelen Flächen, der die Bauhöhe des plattenförmigen Lichtlenkungskörpers bestimmt, liegt maximal bei 10 mm, vorzugsweise unter 6 mm und kann auch unter 4 mm minimiert werden, wenn die Bauhöhe der verwendeten LED dieses Maß nicht übersteigt. Der plattenförmige Lichtlenkungskörper besitzt mindestens eine Ausnehmung zur Positionierung einer LED, deren abgestrahltes Licht über Lichteintrittsflächen dieser Ausnehmung in den Lichtlenkungskörper gelangt und durch Totalreflexion, Beugung, Reflexion und/oder durch lichtlenkende Mittel so geführt wird, dass das gesamte emittierte Licht an einer Seitenflächen als gerichtetes Strahlenbündel austritt. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bis auf unvermeidbare Streu- oder Reflexionsverluste das Licht sowohl an den flächengroßen Flachseiten als auch an allen anderen Seitenflächen mit Ausnahme der Seitenfläche, aus der der Lichtaustritt gewünscht wird, total reflektiert wird. Inmitten des Körpers können zusätzlich noch lichtlenkende Mittel wie Schlitze, Bohrungen oder sonstige Ausnehmungen, aber auch Reflexionskörper angeordnet sein, die es insgesamt ermöglichen, dass das gesamte emittierte Licht - bis auf die bereits erwähnten Reflexions- oder Streuverluste - an einer einzigen Austrittsfläche austritt. Die Form des plattenförmigen Lichtlenkungskörpers bestimmt sich aus den Gesetzen der linearen Strahlenoptik in Verbindung mit dem Ort der Anordnung der Lichtquelle im Lichtlenkungskörper, wobei vorzugsweise eine Totalreflexion angestrebt wird, die sich jedoch im Unterschied zu einem Hohlspiegel in einer flachen Bauweise realisieren lässt. Nur dort, wo zur Erreichung der Totalreflexion eine aufwendige Bearbeitung oder Formgestaltung notwendig wäre, werden Seitenflächen oder sonstige Flächenstücke innen verspiegelt. Besondere Vorteile hat ein solcher plattenförmiger Lichtlenkungskörper stets dann, wenn mehrere LED integriert sind, worauf später noch eingegangen wird.

Vorzugsweise wird die Ausnehmung zur Positionierung einer Leuchtdiode als Bohrung oder Sacklochbohrung ausgestaltet. Der Mindestbohrungsdurchmesser wird durch den (größten) Durchmesser der Leuchtdiode bestimmt, wobei vorzugsweise zur leichteren Montage und Demontage zwischen der Außenwandung der LED und der Wandung der Bohrung ein geringer Abstand besteht. Die Bohrungsgrenzflächen dienen als Lichteintrittsflächen.

Soweit durch die Kontur der Seitenflächen nicht ohnehin dort auftreffende Lichtstrahlen aufgrund des Überschreitens des Grenzwinkels total reflektiert werden, sind die Seitenflächen oder Teilbereiche von Seitenflächen von innen verspiegelt. Als lichtlenkende Mittel können im Körperinneren Durchbrechungen oder Ausnehmungen angeordnet sein, die vorzugsweise sichel- oder halbmondförmig ausgebildet sind. Die konkrete Form der Durchbrechungen und deren Anordnung richten sich nach der Anordnung der Leuchtdiode oder Leuchtdioden, deren Licht in eine konkrete Richtung bebeugt oder reflektiert werden soll. Um eventuelle Nachjustierungen vornehmen zu können, ist die LED innerhalb der Ausnehmung verschiebbar angeordnet, vorzugsweise in Richtung der größeren planparallelen Außenfläche, also quer zur flachen Bauhöhe.

Um bestimmte optische Effekte zu erzeugen, können die Seitenflächen oder mindestens eine der Seitenflächen facettiert sein oder aus zwei oder mehreren winklig zueinander angeordneten Teilflächen gebildet werden. Durch diese Maßnahme wird durch Beugungseffekte eine Aufweitung des Lichtstrahlbündels an der Lichtaustrittsfläche gebildet. Vorzugsweise ist die einzige Lichtaustrittsfläche konvex oder konkav gewölbt, insbesondere nur in der Ebene, die senkrecht zu den planparallelen Flächen liegt. In entsprechender weise, ebenfalls vorzugsweise nur in der Ebene, die senkrecht zu den planparallelen Flächen liegt, sind die anderen Seitenflächen, an denen das Licht total reflektiert wird, parabolisch gewölbt. Durch diese konkrete Ausführungsform schafft man einen scheibenförmigen Körper, der senkrecht zu den beiden größeren Flachseiten Seitenflächen besitzt, von denen die in der Draufsicht parabolförmigen Seitenflächen als Reflexionsflächen und die konvexen oder konkaven übrigen Seitenflächenstücke als Lichtaustrittsfläche dienen. Senkrecht zu den größeren Flachseiten können die Seitenflächen linear oder geringfügig gekrümmt (konvex oder konkav) verlaufen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die größeren planparallelen Flächen stufig auszubilden. Eine solche Bauform bietet sich beispielsweise dann an, wenn im Bereich der LED-Anordnung eine größere Bauhöhe gewünscht wird als in dem Bereich, in dem die Lichtaustrittsfläche oder Lichtaustrittsflächen liegen.

Wie bereits erwähnt, werden vorzugsweise in einem einzigen Flachkörper zwei oder mehr LED in getrennten Ausnehmungen angeordnet, wobei durch jeweils im wesentlichen in einer Draufsicht parabolisch ausgebildete Schlitze Bereiche mit total reflek- tierenden Flächen geschaffen sind, so dass das emittierte Licht aller vorhandenen LED in Richtung einer Austrittsfläche gelenkt wird.

Bei einer Hintereinanderanordnung von mehreren LED kann die Idealform der das emittierte Licht total reflektierenden Seitenwand nur in Bezug auf eine einzige LED optimiert werden. Um möglichst die gesamte emittierte Strahlung aller LED optimal auszunutzen, werden bestimmte Strahlen von den übrigen LED von Schlitzen in Richtung der Lichtaustrittsfläche gelenkt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass der Lichtlenkungskörper Vorsprünge besitzt, auf die lichttransparente Zusatzkörper aufgeschoben oder aufgeklipst werden. Diese Körper können verschiedene Funktionen haben, z. B. das Licht zu filtern oder zu zerstreuen oder zu bündeln (nach dem Prinzip einer Sammeloder Zerstreuungslinse). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es neben dem Bau eines einstückigen Körpers auch möglich, mehrere lichttransparente Körper mit nicht ebenen, insbesondere gekrümmten Seitenflächen zu einem größeren Körper zusammen zu setzen, wobei die nebeneinander liegenden Seitenflächen benachbarter Körper komplementär geformt sind und entweder spaltfrei aneinander liegen oder Spaltbereiche freilassen, die dort schräg auftreffenden Lichtstrahlen in gewünschter Weise beugen oder reflektieren.

Der einstückig ausgebildete Lichtlenkungskörper oder Teilbereiche hiervon oder einzelne Teile eines mehrteiligen Lichtlenkungskörpers können farblos oder farbig lichttransparent ausgebildet sein.

Insbesondere ist es möglich, zwei oder mehr LED in Sacklockbohrungen anzuordnen, die gegenüberliegende Flächen durchbrechen. Durch diese wechselseitige Montage können bei Bedarf benachbarte Leuchtdioden näher nebeneinander angeordnet werden bzw. kann die Zahl der in den Lichtlenkungskörper angeordneten Leuchtdioden erhöht werden. Bei Verwendung mehrerer Leuchtdioden bietet es sich an, Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren zu verwenden. Dies kann insbesondere in der Weise ausgenutzt werden, dass monochromatisch strahlende Leuchtdioden mit unterschiedlichen Farb-Abstrahlungen verwendet werden, deren Licht zu einer Gesamtfarbe gemischt wird. Vorzugsweise sind die LED in der Helligkeit getrennt Steuer- oder regelbar, so dass auch zeitabhängig unterschiedliche Farbmischungen erzeugt werden können. Dies schließt auch die Verwendung von solchen Dioden ein, die je nach Spannung in unterschiedlichen Farben leuchten, wodurch die mögliche Zahl der Mischfarben noch erhöht werden kann.

Die Bauhöhe des Körpers im Bereich der Lichteinkopplung ist mindestes so groß wie die Bauhöhe der verwendeten LED, gegebenenfalls auch geringfügig größer. Die Seitenflächen können poliert oder mattiert sein, um die Wirkung des austretenden Lichtes zu beeinflussen. Mattierte Lichtaustrittsflächen wirken als Diffusor, während polierte Flächen zumeist gleißend erscheinen.

Der Lichtlenkungskörper kann insbesondere eine Umlenkfunktion in der Ebene haben, d. h. das Licht um einen Winkel ≠ 180°, insbesondere um 90° in der Ebene umlenken. In einer weiteren Ausführungsvariante sind auch solche Körper möglich, bei denen der Körper das Licht im Raum umlenkt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zur Spannungsversorgung der LED führenden Leitungselemente auf oder in dem Lichtlenkungskörper geführt. Insbesondere ist es möglich, die Leitungselemente flach und bandförmig auszubilden und vorzugsweise so auf dem Lichtlenkungskörper anzuordnen, dass diese Leitungselemente als Lichtreflektoren an den Seitenflächen oder in den Kantenbereichen dienen.

Schließlich ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Kontak- tierung der Leitungselemente an einem Sammelleiter mittels lösbarer Schnapp-, Rast- oder Federverbindungen realisiert ist. Der Sammelleiter dient vorzugsweise gleichzeitig als Träger für den Lichtlenkungskörper. Weiterbildungen der Erfindung und deren Vorteile werden anhand der Zeichnungen nachfolgend erörtert. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lichtlenkungskörpers in einer schematischen Draufsicht,

Fig. 1b eine Querschnittsansicht dieses Lichtlenkungskörpers in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2, 3 jeweils Querschnittsansichten eines Lichtlenkungskörpers in anderen Ausführungsvarianten,

Fig. 4a bis g Detail-Schnittansichten durch erfindungsgemäße Lichtlenkungskörper im Bereich der Lichtaustrittsfläche,

Fig. 5 bis 9 jeweils unterschiedliche Ausführungen weiterer Lichtlenkungskörper in einer Draufsicht,

Fig. 10a bis c einen Lichtlenkungskörper mit einer Fokussierungsmöglichkeit,

Fig. 11 einen Lichtlenkungskörper mit drei hintereinander angeordneten

LED,

Fig. 12a bis d verschiedene Ansichten eines Lichtlenkungskörpers mit mehreren auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Sacklochbohrungen zur Aufnahme jeweiliger Leuchtdioden,

Fig. 13 einen Lichtlenkungskörper mit drei nebeneinander liegenden

Leuchtdioden, Fig. 14 eine weitere Ausführungsvariante eines Lichtlenkungskörpers in einer Draufsicht,

Fig. 15 einen Querschnitt durch einen Lichtlenkungskörper als

Umlenkelement,

Fig. 16a eine Ansicht eines Lichtlenkungskörpers im Schnitt durch

Leitungselemente mit einer Schnappverbindung zum Sammelleiter und

Fig. 16b eine Seitenansicht nach Fig. 16a.

Das Grundprinzip des plattenförmigen Lichtlenkungskörpers, der in allen Ausführungsvarianten mit Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, lässt sich anhand Fig. 1a und 1 b erkennen. Der Lichtlenkungskörper besteht aus einem lichttransparenten einstückigen Vollkörper, der beispielsweise aus Glas oder einem Kunststoff (Acryl) bestehen kann. Der Körper 1 kann farblos oder auch monochrom gefärbt sein, gegebenenfalls auch bereichsweise. Der Lichtlenkungskörper besitzt eine Ausnehmung 2 als Aufnahmeöffnung für die Leuchtdiode 3. Das Licht dieser Leuchtdiode wird praktisch in alle Richtungen abgestrahlt. Wie Fig. 1 b zu entnehmen ist, sind die obere und die untere Fläche planparallel zueinander angeordnet. Die Seitenflächen sind zum Einen parabolisch geformt, wodurch sich bei Überschreiten eines Grenzwinkels der Totalreflexion die seitlich abgestrahlten Lichtstrahlen „nach vorne" reflektieren lassen, wo sie aus der Lichtaustrittsfläche 7, die eben ausgebildet ist, vollständig austreten. Die nach hinten abgestrahlten Lichtstrahlen werden durch eine verspiegelte Fläche 6 zurückgeworfen. Im Prinzip ergibt sich eine Strahlenbündelung, wie sie in einer Schnittanordnung von einem Hohlspiegel bekannt ist, jedoch mit der Maßgabe, dass diese Strahlenbündelung in einem flachen scheibenförmigen Bereich geschieht, so dass die ebene Fläche 7 bis auf unvermeidbare Streuverluste die gesamte emittierte Strahlung der Leuchtdiode, die über die Wandung 4 der Bohrung eintritt, abstrahlt. Solche plattenförmige Lichtlenkungskörper lassen sich insbeson- dere im Haus- oder Büromöbelbereich an Regalen, Schränken etc. raumsparend anordnen, so dass die Formgebung des Möbelstückes praktisch nicht durch den Beleuchtungskörper beeinträchtigt wird.

Wie Fig. 1b zeigt, kann die Bohrung 2 als durchgehende Bohrung oder entsprechend Fig. 2 auch als Sacklochbohrung ausgestaltet sein. In diesem Fall dient auch die Bodenfläche 5 als Lichteintrittsfläche in den Lichtlenkungskörper. Alle Lichtstrahlen, die in Richtung der flachen Ober- oder Unterseite abgestrahlt werden, werden von dort, gegebenenfalls mehrfach, reflektiert und in Richtung der Lichtaustrittsfläche 7 gelenkt. Soweit nicht aufgrund der gewählten Brechungsindizes eine Totalreflexion stattfindet, sind Flächenbereiche gegebenenfalls innen verspiegelt. Der plattenför- mige Lichtlenkungskörper kann in unterschiedlichen Herstellungstechniken, unter anderem abhängig von gewünschter Ausformung und Stückzahl produziert sein. Zum einen bietet sich ein aus einer gegossenen oder extrudierten Kunststoffplatte erstelltes Element an, das anschließend spanabhebend bearbeitet, poliert oder auch zwei- oder dreidimensional verformt werden kann. Als Ausführungsalternative ist eine Herstellung als gegossenes und eventuell weiter verarbeitetes Formteil möglich. Die Lichteintrittsfläche 4 kann poliert, mattiert, profiliert oder strukturiert sein, so dass das dort eintretende Licht bereits gebeugt wird. Die Bauhöhe bzw. Dicke des Lichtlenkungskörpers ist im Wesentlichen auf die Höhe der Leuchtdiode 3 abgestimmt und darf diese nicht unterschreiten. Allerdings kann der Lichtlenkungskörper im Bereich der Anordnung der LED 3, wie dargestellt, auch eine größere Materialstärke besitzen.

Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, dass außerhalb des Bereiches der Anordnung der LED 3 auch eine andere Höhe des Lichtlenkungskörpers gewählt werden kann. In diesem Fall sind die Oberseite sowie die Unterseite des Lichtlenkungskörpers stufig ausgeführt, so dass eine deutlich schmalere Lichtaustrittsfläche 7, deren Breite, erheblich kleiner als die Länge ist, gebildet wird. Die verspiegelte Fläche 6 kann mittels einer Folie durch Auftrag einer Schicht (d. h. mittels Bedampfung) oder ähnlicher Beschichtungstechnik hergestellt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen jedoch auch solche Ausführungsbeispiele, bei denen neben der in Fig. 1a, b, 2 und 3 dargestellten Lichtaustrittsfläche auch andere Flächenbereiche (hier der para- bolförmigen Seitenfläche) lichtdurchlässig sein können. So kann beispielsweise die hintere Fläche 6 eine Teilverspiegelung aufweisen, d. h. einen Spiegel, der gelocht, gerastert oder sonst wie partiell für Licht durchlässig ist. Diese Möglichkeit ist selbstverständlich nur in solchen Teilbereichen nutzbar, an denen Lichtstrahlen bei einer nicht-verspiegelten Grenzfläche gebeugt, also nicht total reflektiert werden. Durch eine Teil- oder gegebenenfalls auch Volldurchlässigkeit der Seitenfläche, die durch Bezugsziffer 6 bestimmt ist, können jedenfalls unter Umständen durch entsprechende Seitenflächenstrukturierung optische Effekte erzeugt werden.

Dies gilt auch für die Lichtaustrittsflächen, bei denen die Fig. 4a bis g exemplarisch mehrere Gestaltungsmöglichkeiten zeigen. Die Lichtaustrittsfläche 7 bzw. die Haupt- Lichtaustrittsfläche kann eben ausgebildet sein, wobei Fig. 4a die Version zeigt, in der die Lichtaustrittsfläche 7 vertikal zu der oberen und unteren Lichtlenkungskörper- fläche liegt. Demgegenüber ist nach Fig. 4d die Lichtaustrittsfläche 7 zwar eben, aber schrägwinklig hierzu angeordnet. Wie aus Fig. 4b und c ersichtlich ist, kann die Lichtaustrittsfläche 7 auch konvex oder konkav sein, wobei sich diese Querschnittsansichten sowohl auf die in Fig. 1a dargestellte Variante als auch die in Fig. 5 oder 6 behandelte Variante beziehen kann, d. h. es kann eine nur in einer Ebene konvexe oder im Raum doppelt konvexe bzw. entsprechend konkave Ausführungsform gewählt werden.

Nach Fig. 4e sind abgestufte Bereiche der Lichtaustrittsflächen in einer Variante gewählt, bei der neben einem vertikalen Stirnbereich ein horizontaler, sich anschließender kurzer Bereich sowie ein Schrägbereich ausgebildet sind. In Fig. 4f wird eine strukturierte Lichtaustrittsfläche 7 angedeutet, die aus einer Mattierung, Aufrauung, Facettierung oder sonstigen regelmäßigen oder unregelmäßigen Profilierungen bestehen kann. Nach Fig. 4g besitzt der Lichtlenkungskörper 1 einen Vorsprung, auf den ein licht- transparenter Körper 8 aufgeschoben ist, der im vorliegenden Fall als lichtdivergierendes Element, etwa wie eine Zerstreuungslinse, dienen soll. Entsprechend der Ausgestaltung nach Fig. 5 und 6 kann die Lichtaustrittsfläche 7 konvex oder konkav gewölbt sein bei einer vertikal hierzu linearen oder auch konvexen oder konkaven Ausbildung. Entsprechend der konvexen Wölbung nach Fig. 5 dient der Lichtlenkungskörper als Licht-fokussierendes Element, wohingegen die Ausführungsformen nach Fig. 6 eine lichtdivergierende Strahlungscharakteristik zeigt. Durch Aufrauung, Mattierung etc. können weitere Lichtdiffusor-Effekte überlagert werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 unterscheidet sich von den vorbeschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass zusätzliche Aussparungen, hier in Form von Schlitzen 13, vorgesehen sind. Diese Schlitze 13, die nutförmig oder durchgehend, das heißt die obere oder untere Fläche durchbrechend ausgebildet sein können, bilden jeweilige Grenzflächen zur Umgebung (Luft), an denen je nach Brechzahl und Einfallswinkel Lichtbeugungen oder Totalreflexionen auftreten. Falls gewünscht, können Kantenbereiche auch dazu genutzt werden, mehrfarbiges, insbesondere weißes Licht, das von einer Diode emittiert wird, in einzelne Farben aufzuspalten, wie dies grundsätzlich bei Beugungsprismen bekannt ist. Durch die Schlitze können jedenfalls zusätzliche Lichtaustrittsflächen realisiert werden, die ein Muster gestalten lassen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die Aussparung 14, die ebenfalls nutartig oder durchgehend ausgebildet sein kann, gekrümmt. Sie befindet sich von der Lichtaustrittsseite 7 gesehen, vor der Leuchtdiode 3, deren emittierte Strahlung exemplarisch dargestellt ist. Die nach vorne gerichteten Strahlen werden an der Ausnehmung 14 total reflektiert, auf die hintere gekrümmte Seitenfläche des Lichtlenkungskörpers geworfen, wo sie ebenfalls aufgrund des überschrittenen Grenzwinkels total reflektiert werden. Auf diese Weise lässt sich ein Beleuchtungsring erzeugen, der lediglich in der Mitte einen schwachen Leuchtpunkt besitzt, der durch die nicht reflektierten Strahlen entsteht. Gegebenenfalls, um den Effekt zu erhöhen, können Grenzflächen der Ausnehmung 14 verspiegelt, mattiert oder sonst wie strukturiert sein. Wie in Fig. 9 dargestellt, kann die parabolische Seitenfläche auch im hinteren Bereich eine Einkerbung 15 aufweisen, durch welche (gegebenenfalls ohne Verspie- gelung) konkrete Total-Reflexionsbedingungen geschaffen werden können.

Fig. 10a bis c zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Ausnehmung 16 in Form eines Langloches ausgebildet ist, so dass die LED wie dargestellt, längsaxial verschoben werden kann. Durch diese Verschiebung ändert sich die Lichtbünde- lungs-Charakteristik von einem im wesentlichen parallelen Lichtstrahlenbündel (Fig. 10a) zu einer divergenten Lichtstrahlung (Fig. 10b) oder einer konvergierenden Lichtstrahlung (Fig. 10c).

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der in einem einzigen Lichtlenkungskörper drei Leuchtdioden 3a, 3b und 3c hintereinander angeordnet sind. Die hintere Leuchtdiode 3a kann die Ausbildung der konvexen parabelförmigen Grenzfläche in der bisher vorbeschriebenen Weise ausnutzen, lediglich die nach vorne in Richtung der Leuchtdioden 3b und 3c abgestrahlten Lichtstrahlen werden dort „blockiert". Für die Rückwärtsstrahlung der mittleren Leuchtdiode 3b oder der vorderen Leuchtdiode 3c ergibt sich jedoch die Situation, dass die parabelförmigen Seitenflächen in Bezug auf die Lage dieser Dioden nicht „maßgeschneidert" sind. Um eine entsprechende Totalreflexion in Richtung der vorderen Lichtaustrittsfläche zu schaffen, sind Ausnehmungen 17a und 17b vorgesehen, die als nutförmige Ausnehmungen oder als durchgehende Ausnehmungen gestaltet sein können. Die Ausnehmungen bilden eine parabelförmige Kontur, durch welche die seitlich und nach hinten abgesandten Strahlen in entsprechender weise nach vorn reflektiert werden. Gegebenenfalls sind auch diese Ausnehmungen bzw. die Grenzflächen der Schlitze 17a und 17b zu ver- spiegeln, zu facettieren, zu mattieren oder sonst wie mit einer Profilierung zu versehen, um die gewünschte Lichtlenkung zu erzielen. Der Lichtlenkungskörper nach Fig. 11 sammelt jedenfalls das Licht der drei verwendeten Leuchtdioden 3a, 3b und 3c, das nach vorne komplette abgestrahlt wird. Fig. 12a, b und c zeigen jeweils Lichtlenkungskörper, bei denen entweder in einer durchgehenden Bohrung 2 von beiden Seiten Leuchtdioden 3 eingesetzt sind oder zwei Sacklochbohrungen von zwei gegenüberliegenden Seiten gebildet werden, in denen jeweils eine Leuchtdiode 3 angeordnet ist. Die Bauhöhe dieses Lichtlenkungskörpers ist entsprechend größer, jedoch ist die Lichtausbeute auch doppelt so groß. Kombiniert man diese Ausführungsform nach Fig. 12b oder c mit der Ausführungsform nach Fig. 11 , lässt sich eine beliebige Vervielfachung der Lichtausbeute realisieren.

Die Ausführungsform nach Fig. 12d entspricht im Prinzip der Ausführungsform nach Fig. 3 mit der Maßgabe, dass in der durchgehenden Bohrung 2 von gegenüberliegenden Seiten Leuchtdioden eingeführt und montiert sind.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines plattenförmigen Lichtlenkungskörpers, bei dem drei Leuchtdioden nebeneinander angeordnet sind und jeweils im rückwärtigen sowie im seitlichen Bereich durch konvexe parabelförmige Seitenflächen 18a und 18b begrenzt werden. Hierdurch ergibt sich nach der gewählten Anordnung eine Strahlungscharakteristik, bei der drei, im wesentlichen parallele Strahlungsbündel überlagert werden, wobei die beiden von den äußeren LED ausgesandten und reflektierten bzw. gebeugten Lichtstrahlenbündel konvergierend auf einen mittleren Bereich in dem dargestellten Abstand von der Lichtaustrittfläche gerichtet sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 ist ein plattenförmiger Lichtlenkungskörper gewählt, bei dem nebeneinander mehrere Lichtlenkungskörper entsprechend der Grundform nach Fig. 1a nebeneinander angeordnet sind. Anders als bei der Ausführungsform nach Fig. 13 verlaufen in diesem Fall die jeweiligen Lichtstrahlenbündel parallel zueinander. Solche Lichtlenkungskörper lassen sich insbesondere in Form von „Lichtbändem" über die gesamte Höhe oder Breite eines Möbelstückes, zum Beispiel eines Bücherregals, realisieren. Anhand der Fig. 15 wird verdeutlicht, dass der Lichtlenkungskörper auch als 90°-Umlenkelement ausgebildet sein kann. Eine solche Funktion wird möglich, indem nach Art eines Lichtleitelementes sämtliche Außenflächen mit Ausnahme der Lichtaustrittsfläche 7 auftreffendes Licht total reflektieren. Die Krümmung des plattenför- migen Lichtlenkungskörpers kann in einer Ebene oder im Raum liegen, so dass das Plattenmaterial bzw. der Lichtlenkungskörper entsprechend zwei- oder dreidimensional formbar ist.

Fig. 16a, b zeigt eine konkrete Ausführungsform, bei der über Leitungselemente 9, die über dem Lichtlenkungskörper 1 geführt sind, die Strom- bzw. die Versorgungsspannung aufgegeben werden kann. Betreffende Stromleitungen können gegebenenfalls in einem Sammelleiter 10 zusammentreffen, der auch als Träger für einzelne Lichtlenkungskörper 1 dienen kann. Diese Lichtlenkungskörper 1 können über eine Schnapp- oder eine Federverbindung 12 befestigt sein. In einer konkreten Ausführungsform kann diese Schnapp- oder Federverbindung 12 auch die Kontaktierung der Niedervoltversorgung der Leuchtdioden 3 liefern. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Spannungsversorgung als flache, spiegelnde Bänder 11 ausgeführt ist, welche die Totalreflexion des Lichtes bei einem Lichtauftreffwinkel gewährleistet.

Bei Einsatz mehrerer LED können drei oder mehr Leuchtdioden mit gleicher Strahlungscharakteristik verwendet werden. Möglich ist auch die Verwendung von unterschiedliche Farben aussendenden Leuchtdioden, die dann getrennt Steuer- oder regelbar sind, so dass über eine solche Steuerung im zeitlichen Wechsel unterschiedliche Farbmischungen erzeugbar sind. Die verwendeten Dioden können dieselbe Leuchtstärke oder gegebenenfalls über Regelungen unterschiedliche Leuchtstärken besitzen, so dass auch insofern eine größere Variation der erzeugbaren Farbmischungen möglich ist.

Claims

Patentansprüche

1. Plattenförmiger Lichtlenkungskörper aus lichttransparentem Material mit zwei zumindest im wesentlichen parallelen Flächen und einer oder mehreren, diese Flächen verbindenden Seitenflächen mit einer durch den Abstand der parallelen Flächen bestimmten Bauhöhe < 10 mm, vorzugsweise ≤ 6 mm und mindestens einer Ausnehmung (2, 16) zur Positionierung einer Leuchtdiode (LED) (3), deren emittiertes Licht über eine oder mehrere Lichteintrittsflächen (4, 5) in den Lichtlenkungskörper (1) eintritt und durch Totalreflexion, Beugung, Reflexion und/oder durch lichtlenkende Mittel so geführt wird, dass das gesamte emittierte Licht an einer Seitenfläche (7) als gerichtetes Strahlenbündel austritt.

2. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (2) zur Positionierung einer LED (3) eine Bohrung oder Sacklochbohrung ist.

3. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenflächen oder Teilbereiche von Seitenflächen von innen verspiegelt sind.

4. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Körperinneren Durchbrechungen oder Ausnehmungen (13, 14, 17a, 17b, 18a, 18b) als lichtlenkende Mittel angeordnet sind, die vorzugsweise sichel- oder halbmondförmige ausgebildet sind.

5. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (3) innerhalb der Ausnehmung (16) verschiebbar angeordnet ist, vorzugsweise in Richtung der größeren, planparallelen Außenflächen.

6. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche oder mindestens eine der Seitenflächen facettiert ist oder aus zwei oder mehr winkelig zueinander angeordneten Flächen gebildet wird.

7. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Lichtaustrittsfläche konvex oder konkav gewölbt ist, vorzugsweise nur in der Ebene, die senkrecht zu den planparallelen Flächen liegt.

8. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Seitenflächen, an denen das licht total reflektiert wird, parabolisch gewölbt sind, vorzugsweise nur in der Ebene, die senkrecht zu den planparallelen Flächen liegt.

9. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die größeren planparallelen Flächen stufig ausgebildet sind.

10. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem einzigen Flachkörper zwei oder mehr LED (3) in getrennten Ausnehmungen angeordnet sind und durch jeweils im wesentlichen in einer Draufsicht parabolisch ausgebildete Schlitze (17a, 18a) Bereiche mit total reflektierenden Flächen geschaffen werden, so dass das emittierte Licht aller vorhandenen LED in Richtung einer Austrittsfläche gelenkt wird.

11. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Vorsprünge, auf die lichttransparente Körper (8) aufgeschoben oder aufgeclipst sind und die vorzugsweise eine das Licht bündeldivergierende Funktion haben.

12. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere lichttransparente Körper mit nicht ebenen, insbesondere gekrümmten Seitenflächen zu einem Körper zusammengesetzt sind, wobei die nebeneinander liegenden Seitenflächen benachbarter Körper komplementär geformt sind und spaltenfrei aneinander liegen oder Spaltbereiche freilassen, die durch Lichtbeugung und/oder Totalreflexion Lichtlenkungsfunktion haben.

13. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper oder Bereiche hiervon farblos oder farbig lichttransparent sind.

14. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr LED in Sacklochbohrungen angeordnet sind, die gegenüberliegende Flächen durchbrechen.

15. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere LED durch mit unterschiedlichen Emissionsspektren.

16. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die LED getrennt (in der Helligkeit) Steuer- oder regelbar sind, so dass insbesondere zeitabhängig unterschiedliche Farbmischungen erzeugbar sind.

17. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauhöhe des Körpers im Bereich der Lichteinkopplung mindestens so groß ist wie die Bauhöhe der verwendeten LED (3).

18. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen poliert oder mattiert sind.

19. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen das Licht um einen Winkel ≠ 180°, insbesondere 90° in der Ebene umlenkende Form.

20. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper das Licht im Raum Umlenkt.

21. Lichtlenkungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Spannungsversorgung der LED (3) führenden Leitungselemente auf oder in dem Lichtlenkungskörper (1) geführt werden.

22. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungselemente flach- und bandförmig ausgebildet sind und vorzugsweise als Lichtreflektoren an den Seitenflächen oder in Kantenbereichen dienen.

23. Lichtlenkungskörper nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Leitungselemente an einem Sammeileiter mittels lösbarer Schnapp-, Rast- oder Federverbindungen (12) realisiert ist, der gleichzeitig als Träger für den Lichtlenkungskörper ausgebildet ist.