WO2011138086A1 - Flächenlichtleiter und beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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WO2011138086A1
WO2011138086A1 PCT/EP2011/054231 EP2011054231W WO2011138086A1 WO 2011138086 A1 WO2011138086 A1 WO 2011138086A1 EP 2011054231 W EP2011054231 W EP 2011054231W WO 2011138086 A1 WO2011138086 A1 WO 2011138086A1
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light guide
main
surface light
coupling
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Andreas Barth
Julius Muschaweck
Uli Hiller
Micheal Sailer
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • G02B6/0058—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide
    • G02B6/0061—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide to provide homogeneous light output intensity

Definitions

  • a surface light guide is specified.
  • the surface light guide this includes a base body, in particular exactly one base body.
  • the main body is designed flat and has a back and one opposite
  • Strahlungsauskoppelseite are major surfaces of the body and can be aligned parallel to each other.
  • Radiation extraction side means that a
  • Lichtauskopplung exclusively or predominantly on this main side a radiation extraction takes place.
  • predominantly for example, means at least 50% or at least 80% or at least 95%. It leaves the guided in the surface light guide or
  • the base body is transparent and clear-sighted for a radiation to be conducted in the surface light guide. Furthermore, the main body is preferably adapted to be in the Surface light guide to be guided radiation via total reflection, in particular exclusively by total reflection.
  • this has at least one main light direction.
  • the main light direction is preferably parallel to the
  • the surface light guide has exactly one main light direction.
  • the main light direction is one such direction along which the surface light guide is arranged to guide radiation.
  • the latter has at least one or precisely a multiplicity of similarly shaped coupling-out structures.
  • Outcoupling structures are preferably configured to deflect a radiation conducted in the planar light guide by way of reflection, total reflection and / or refraction in such a way that these immediately following, in particular at the
  • the coupling-out structures are adapted to make an angle in the surface light guide
  • the latter has at least two differently shaped and / or differently oriented outcoupling structures, each of which is present in a multiplicity.
  • a first plurality of outcoupling structures is at one Edge region opposite to a second plurality of coupling-out in a central region of the body twisted against each other, in particular to achieve a more homogeneous illumination of the radiation outcoupling side at one edge.
  • Edge area means, for example, a strip of a width of 10% of a maximum extent of the radiation outcoupling side along the corresponding direction. It is also possible that coupling-out structures of a first and a second plurality are arranged alternately.
  • the coupling-out structures each have at least one, in particular exactly one, main structure surface.
  • Structure main surface is such a boundary surface of the coupling-out structures, which is adapted to the
  • Decoupling structure impinging radiation redirect so that they subsequently when hitting the
  • Radiation outcoupling side is emitable from the body. Likewise, an outcoupling of light from the main body can take place directly on the main structural surfaces, if they are part of the radiation outcoupling side.
  • Main structure surface can be flat or curved.
  • the coupling-out structures of the plurality are oriented identically. In other words, the coupling-out structures of the
  • the coupling-out structures are located on at least one, preferably on only one of the main sides, ie either on the rear side or on the radiation outcoupling side.
  • the coupling-out structures are regular and / or predefined arranged, so for example not randomly or statistically distributed.
  • the surface light guide is an angle-dependent radiation characteristic, in a first plane parallel to the Kleinlichtleitraum and
  • Radiation characteristic is mirror-symmetrical.
  • this is configured so that, in the first plane, a maximum light intensity is emitted in one direction, this direction being for example in an angle range between -30 ° and + 60 ° or between -10 ° inclusive and + 30 °.
  • a maximum light intensity is emitted in one direction, this direction being for example in an angle range between -30 ° and + 60 ° or between -10 ° inclusive and + 30 °.
  • Angular range of, for example, at least 15 ° or at least 25 ° and / or at most 60 ° or at most 40 ° no or substantially no radiation, or that in this
  • Angle range the entire or substantially all of the radiation to be emitted is emitted.
  • the angle is positive in the direction of the main optical direction away from the perpendicular in the first plane and negative in the direction away from the perpendicular against the main optical direction, respectively in the first plane.
  • the surface light guide comprises a main body with two main sides, that is to say a rear side and one opposite thereto
  • the Surface light guide on a Hauptlichtleitraum which is oriented parallel to the Strahlungsauskoppelseite.
  • the surface light guide includes at least a plurality of similarly shaped and similarly oriented
  • Decoupling structures which are formed on at least one or exactly one of the main sides. Furthermore, the
  • Decoupling structures each have at least one main structure surface.
  • the base body has a total reflection angle, which is predetermined by a material of the base body. If the main body is surrounded by air with refractive index 1, then the total reflection angle results as the arc sinus of the reciprocal refractive index of the main body.
  • an angle-dependent emission characteristic of the surface light guide is provided.
  • Abstrahl characterizing corresponds to that of a Lambertian radiator, in particular with a tolerance of at most 25% of the maximum light intensity, preferably with a tolerance of at most 15% or at most 10%.
  • Lambertian radiator means that the angle-dependent light intensity is proportional to the cosine of a radiation angle, relative to the perpendicular of the radiation outcoupling side.
  • the main structure surface of the coupling-out structures is set up to guide one guided in the surface light guide
  • Distract radiation fraction via total reflection of the totally reflected radiation component has completely or partially such angles to the radiation outcoupling side that this radiation component after total reflection at the main structure surface completely or partially the
  • Radiation decoupling side passes through and can be coupled out.
  • the direction in which the surface light guide emits the maximum light intensity during operation is defined by an angle ⁇ between the main structure surface and the rear side of the surface
  • the coupling-out structures are formed by recesses on one of the main sides, in particular exclusively on the rear side. Furthermore, the coupling-out structures each have exactly one main structure surface, with the main structure surface facing a radiation entrance side of the main body is. In other words, then that is the
  • Radiation outcoupling side of the body oriented.
  • this has exactly one radiation entrance side.
  • the radiation entrance side is one such side of the
  • the coupling-out structures are formed by elevations or
  • the total reflection angle of the base body is between 35 ° and 50 ° inclusive, in particular between
  • the average angle ⁇ between the main structure surface and the rear side of the main body is equal to the total reflection angle, for example with a tolerance of at most 10 °, preferably of at most 5 °, in particular of at most 2 ° or
  • the coupling-out structures have a surface which precedes along the main light-guiding direction of the main structure surface. This surface is oriented with a tolerance of at most 10 ° or at most 5 °, perpendicular to the main light direction.
  • the coupling-out structures have a back side of the structure opposite the main structure surface.
  • Structural back is here a main surface of the
  • the structural rear side faces away from the radiation entrance side of the main body. For example, there is no or via the structure back page
  • the structure rear side is planar or has a substantially planar shape. Furthermore, the back of the structure is not adapted to redirect a radiation conducted in the surface light guide such that it can be coupled out of the base body immediately after reflection, total reflection and / or refraction at the back of the structure. It is the
  • the main structure surface with a tolerance of at most 10 ° or at most 5 °, is parallel to the
  • Structure main surface oriented.
  • the main structure surfaces of the coupling-out structures are set up to emit radiation guided in the surface light guide which is smaller than the angle of incidence at angles of incidence
  • Radiation components pass through the main structure surface and leave the main body of the surface light guide. Furthermore, the structure back sides of the coupling-out structures are set up so that at least a part of the through the
  • Structure main surface also transmitted radiation
  • the main structure surfaces of the coupling-out structures, along the main light-guiding direction, are connected to the structure rear side of the coupling-out structures via a rounding or over a plurality of curves.
  • the rounding is part of one
  • the boundary surface of the coupling-out structures preferably has an average curvature of between 5 mm -1 and 100 mm -1 , in particular between 10 mm -1 and 65 mm -1 inclusive.
  • the main structure surface of the coupling-out structures is along the main light guide direction and / or in one direction curved perpendicular to Hauptlichtleitraum.
  • An average curvature of the main structure surface is preferably at most 1 mm -1 , more preferably at most 0.5 mm -1 or at most
  • the coupling-out structures seen in a cross-section parallel to the first plane, are shaped in the shape of a sawtooth or slit.
  • Slit-like means that an extension of the coupling-out structures along the main light-guiding direction is smaller than an extension of the coupling-out structures transversely to one of the main sides.
  • Sawtooth-like means that the coupling-out structures in a cross section parallel to
  • the coupling-out structures have a triangular, a rectangular or a square base surface.
  • the base is in particular the surface that the
  • the coupling-out structures occupy an area fraction on one of the main sides, which lies between 20% and 70% inclusive, in particular between 25% and 60% inclusive.
  • the main structure surfaces of the coupling-out structures are provided with a roughening. The roughening is preferably adapted to at least a part of one of the
  • Structure main surfaces reflect reflected radiation diffusely or totally reflect.
  • the roughening leads only to a small-angle scattering of the reflected or totally reflected radiation, so that the angle-dependent radiation characteristic, which is caused by the
  • mean angle ß of the main structure surface is determined to the back, not or not by the roughening
  • the direction in which the maximum light intensity is emitted is not or not significantly influenced by the roughening.
  • the main structure surfaces of the coupling-out structures adjoin completely or partially at least one chamfer, preferably at two chamfers, in the lateral direction, ie in particular in a plane parallel to the radiation outcoupling side.
  • a chamfer is a preferably planar boundary surface of the
  • Decoupling structures which is oriented obliquely to the main structure surface.
  • An angle between a perpendicular of the at least one bevel and a perpendicular of the main structure surface is, for example, between 20 ° and 70 ° inclusive, in particular between 30 ° and 60 ° or approximately 45 °.
  • the structure main surfaces each have a surface area of between 0.07 mm 2 and 2.0 mm 2 , in particular between 0.15 mm 2 and 1.5 mm 2 or between 0.2 mm 2 and 0 inclusive , 8 mm 2 on.
  • the coupling-out structures act exclusively or
  • a thickness of the base body is between 1 mm and 20 mm inclusive, preferably between 1.5 mm and 8 mm inclusive.
  • the surface light guide comprises a mirror.
  • the mirror is attached to the back of the body.
  • the mirror may be a specular or diffuse reflecting mirror.
  • a lighting device is provided which has a surface light guide, as indicated in connection with at least one of said embodiment. Features of the illumination device are therefore also disclosed for the surface light guide and vice versa.
  • Lighting device at least one electrically
  • the light source is attached to at least one, in particular exactly one radiation entrance side of the main body of the surface light guide.
  • the light source is, in particular, light-emitting diodes, for example light-emitting diodes arranged in strip form, arc tubes, in English Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL for short, and / or linear light emitting light sources.
  • the illumination device comprises at least one, in particular exactly one
  • Lighting device this includes a diffuser, which is preferably attached to the Strahlungsauskoppelseite.
  • the diffuser is adapted to change a radiation characteristic of the surface light guide by at most 20% or at most 10% of the maximum light intensity. In other words, by the diffuser, the radiation characteristic of the
  • Surface light guide does not change significantly, in particular, changes the direction along which the maximum light intensity is emitted, not or not by the diffuser
  • Lighting device this is free of apertures or
  • Lighting devices described here can be used, for example, in general lighting. Furthermore, lighting devices described here or
  • Display devices such as displays are used.
  • FIG. 1 to 6 are schematic representations of
  • FIG. 7 is a schematic representation of a
  • FIGS 8, 9 and 27 are schematic representations of
  • FIGS. 10 to 16 are schematic representations of
  • FIG. 17 to 26 are schematic representations of
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Lighting device 100 illustrated with a surface light guide 1 in a schematic side view. At a
  • Surface light guide 1 is a light source 6, for example, one or more light-emitting diodes mounted.
  • the light source 6 may be different than drawn directly on the
  • Radiation inlet side 5 may be arranged spaced.
  • the planar base body 23 has a rear side 3 and a radiation outcoupling side 2, the main sides of the
  • the radiation extraction side 2 is the main side of the
  • Example are filled with air, formed.
  • Decoupling structures 4 have a main structure surface 40, which faces the light source 6.
  • the structure main surfaces 40 include with the back 3 a middle angle ß.
  • a structural back side 45 is the light source 6
  • a density of the coupling-out structures 4 per unit length preferably increases continuously.
  • Radiation components on the radiation outcoupling 2 touch or overlap, so that a uniform illumination of the radiation outcoupling side 2 is ensured.
  • a diffuser 7 for example a scattering foil, is attached to the radiation decoupling side 2.
  • a diffuser 7 may also be used in conjunction with all other embodiments.
  • a homogenization of the radiation of the surface light guide 1 is achieved.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in a side view, wherein a center of gravity of the representation in the course of a ray R at one of the
  • Outcoupling 4 is located, so that only one of
  • Structure main surface 40 is approximately planar designed, as well as the back of the structure 45.
  • An angle ⁇ between the back 3 and the back of the structure 45 is between 75 ° and 105 ° inclusive, in particular at about 90 °.
  • Decoupling structure 4 is between, for example
  • the basic body 23 is, for example, between 1 mm and 20 mm inclusive, in particular between 2 mm and 6 mm inclusive. Seen in plan view of the radiation coupling-out side 2, an expansion of the main body 23 along the main light-guiding direction x is in particular between
  • An extension of the surface light guide along the main light guide direction x is preferably at least 10 times, in particular at least 15 times or 20 times, the thickness T of the base body 23. All other embodiments may likewise have the dimensions mentioned.
  • the beam R has an angle of incidence ⁇ to a Lot L of the main structure surface 40, which is slightly larger than a total reflection angle of the base body 23, based in particular on air. In other words, the jet R on the main structure surface 40, which is an interface of a material of the main body 23 to the air in the
  • Output coupling 4 represents, totally reflected.
  • the beam R reflected at the main structure surface 40 impinges on a solder z of the radiation outcoupling side 2 at an angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is smaller than that
  • Beam angle ⁇ below the radiation leaves the body 23.
  • FIG. 3 illustrates the mode of action of the coupling-out structures 4 on the basis of further exemplary embodiments.
  • FIG. 3A it is illustrated that only those rays R which impinge on the main sides 2, 3 of the base body 23 at angles greater than the total reflection angle are guided in the surface light guide 1. Only rays R with angles in two angular ranges i, ii are conducted into the main body 23. Therefore, approximately only those rays R approach the structure main surface 40, which lie in the angular ranges i, ii.
  • FIG. 3B three rays R1, R2, R3 are shown.
  • the beam R2 extends approximately parallel to the rear side 3.
  • the beam Rl is the angular range ii, the beam R3 the angular range i assign.
  • ⁇ the angle ⁇ according to FIG. 3
  • the beam R3 is applied both to the main structure surface 40 and to the
  • Radiation decoupling side 2 totally reflected.
  • the beam Rl passes through both the radiation outcoupling side 40 and the back of the structure 45 and also remains in the
  • the beam Rl to assign the angular range ii, is performed analogously to the beam Rl of Figure 3B.
  • the ray R2 which strikes the structure main surface 40 approximately parallel to the back 3, is defined by the
  • Radiation output side 2 emitted, where ⁇ ⁇ 0. It turns out that rays R from the angular region i, compare FIG. 3A, partially pass through the main structure surface 40 and the back of the structure 45, when ⁇ > 90 °. For ⁇ > 90 ° - for beams R of the angular range i, a complete total reflection takes place on the main structure surface 40. If ⁇ ⁇ , then a total reflection of rays R from the angular range i can occur at the radiation outcoupling side 2
  • ⁇ is between and 90 °.
  • ⁇ is the specified relations.
  • Lighting device 100 illustrated in more detail. The
  • Radiation characteristic I is shown here without a diffuser.
  • the illumination device 100 is used as a display, for example, of a car radio.
  • the desired emission range E the radiation emitted by the display, in particular from a viewing direction AI, for example, of the driver, is easily recognizable.
  • an undesirable emission range F becomes emitting as little or significantly less radiation as possible in the desired emission region E in order to avoid or reduce reflections or glare via the window 8.
  • the emission characteristic I has a maximum light intensity I max at approximately 190 °, see FIG. 7C.
  • a direction V of maximum emission intensity is thus at an angle of approximately 190 °, approximately perpendicular to the radiation decoupling side 2.
  • the first plane only a small amount is emitted into the undesired emission region F.
  • Radiation component emitted see also the two-dimensional, angle-dependent representation of the emission characteristic I according to Figure 7A.
  • a mean luminance is for
  • Example at least 25 cd / m ⁇ or at least 250 cd / m ⁇ .
  • Example at least 25 cd / m ⁇ or at least 250 cd / m ⁇ .
  • Passenger from a viewing direction A2 can recognize the display in the display with the lighting device 100.
  • this second plane, along an angle p2, see in particular FIG. 7B, corresponds to
  • FIG. 8 illustrates a conventional illumination device and in FIG. 9 its emission characteristic I, without a diffuser.
  • Decoupling elements 14 are ellipsoidally or spherically shaped and formed on the radiation decoupling side 2 as elevations, see the schematic side view of Figure 8A and the detail section of Figure 8B and a three-dimensional plan view of the
  • the associated radiation characteristic has a maximum in the x-z plane at an angle p1 of approximately 250 °. In other words, much of the radiation is near
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • the main structure surface 40 is connected to the structure rear side 45 via a rounding 42.
  • the rounding 42 has a curvature K1. About such a rounding 42 it is possible to achieve a more uniform illumination of the radiation extraction side 2.
  • Transition region of the structure rear side 45 rounded off with the rear side 3. These transition regions have the curvatures K2, K3.
  • Flanks 44 which constitute boundary surfaces of the coupling-out structures 4 in a direction perpendicular to the main light-guiding direction x, likewise have a face
  • the curvatures K1, K2, K3, K4 are preferably in the range
  • flanks 44 are oriented, for example, with a tolerance of at most 5 ° or at most 2 °, perpendicular to the back 3.
  • the main structure surface 40 is optionally also curved concavely or convex along the main optical direction x with the curvature K6, or in a y-direction perpendicular to the
  • the roughening 9 changes a caused by the angle ß
  • Radiation characteristic I of the coupling-out structure 4 is not significant.
  • the roughening 9 preferably causes only a small angle scattering.
  • the roughening 9 can, as in all embodiments, alternatively or in addition to the bends K5, K6
  • the plan view in FIG. 12A, the side view in FIG. 12C, the rear view in FIG. 12D and the three-dimensional illustration in FIG. 12B has an approximately plane-shaped one
  • the curvature K4 extends from a base surface of the coupling-out structure 4 to a height H1.
  • the back of the structure H2 which extends as far as the
  • Rounding 42 extends, reaching up to a height H2.
  • the height Hl is at most 20% or at most 10% of the height H of the entire coupling-out structure 4.
  • the height H2 is, for example, between 60% and 99% inclusive, in particular between 75% and 90% of the height H.
  • the coupling-out structure 4 is provided with chamfers 48
  • the chamfers 48 are boundary surfaces of
  • Decoupling structure 4 which are aligned transversely to the flanks 44 and transversely to the main structure surface 40.
  • the chamfers 48 are triangular areas or
  • the chamfers 48 may reach the rounding 42, so that the main structure surface 40 then adjoins the chamfers 48 in a lateral direction.
  • a minimum width Wl of the main structure surface 40 at the base area of the coupling-out structure 4 is between, for example, between 60% and 95% of a total width W of the coupling-out structure 4, in particular between 70% and 90% inclusive.
  • the total width W is, for example, between 0.1 mm and 1.5 mm, in particular between including 0.3 mm and 0.75 mm, as in all other embodiments.
  • the coupling-out structure 4 is designed slit-like.
  • Structure rear side 45 are oriented, for example with a tolerance of at most 10 °, of at most 5 °, of at most 2 ° or of at most 0.5 ° parallel to each other.
  • this is designed in the shape of a truncated pyramid and has a square outline.
  • the decoupling structure 4 according to FIG. 15 this is designed in the shape of a truncated pyramid and has a square outline.
  • Decoupling structure 4 formed as a pyramid. Unlike shown, it is also possible that the coupling-out structure 4 as an irregular truncated pyramid or as
  • Base surface unlike shown in Figures 14 and 16.
  • a normal of the main surface of the structure facing the radiation inlet side 5 of the main body 2 40 then lies in the first plane, parallel to the main light guide x and perpendicular to
  • the coupling-out structures 4 can also be designed in each case as shown, for example, in FIGS. 10 to 16.
  • the coupling-out structure 4 is designed as a projection on the radiation coupling-out side 2.
  • Structure main surface 40 as well as on the back of the structure 45, wherein a radiation characteristic is largely determined by the main structure surface 40.
  • the structure main surface 40 is not closer to one in FIG. 17
  • An exemplary ray R5 is totally reflected at the back of the structure 45 and subsequently emitted at the structure main surface 40. Such R5 rays may cause emission in the unwanted one
  • R5 rays only make up a small proportion of the total emitted radiation.
  • a mirror 13th is provided on one of the main sides 2, 3, in particular on the back 3 of the main body 23, a mirror 13th
  • the mirror 13 preferably reflects spekular, ie according to the
  • Such a mirror 13 may optionally be present in all other embodiments.
  • the structure rear side 45 is closer to the one not shown Radiation entrance side 5 as the main structure surface 40.
  • About the structure rear side 45 leaves approximately no or no significant proportion of radiation the
  • the emission characteristic is set essentially exclusively via the structure main area 40.
  • the decoupling structures 4 are formed by recesses in the radiation decoupling side 2.
  • the structure rear side 45 is oriented perpendicular to the radiation decoupling side 2 and faces the radiation entrance side 5 (not illustrated).
  • a determination of the emission characteristic takes place predominantly via the angle ⁇ to the radiation decoupling side 2
  • Structure main surface 40 An area of the
  • Structure major surface 40 is significantly larger than one
  • the device is arranged transversely to the radiation decoupling side 2
  • the coupling-out structures are identical to FIGS. 21 and 22. According to FIGS. 21 and 22, the coupling-out structures are identical to FIGS. 21 and 22.
  • the coupling-out structure 4 viewed from the radiation outcoupling side 2, extends in the direction of the main light-guiding direction x.
  • the decoupling structure 4 extends, starting from the radiation decoupling side 2, against the
  • Main light direction x The back of the structure 40 and the Structure main surface 45 are arranged approximately parallel to each other.
  • a bottom surface 43 ' is at the
  • the bottom surface 43 is oriented perpendicular to the main structure surface 40.
  • the coupling-out structure 4 is designed as an elevation on the rear side 3 of the base body 23. A setting of the radiation characteristic is done via the
  • Structure main surface 40 which is farther from the not
  • the decoupling structure 4 is shaped as a recess in the rear side 3 of the main body 23.
  • the emission characteristic is determined predominantly by the main structure surface 40.
  • Decoupling structure 4 with the bottom surface 43 may, unlike shown, as in Figures 21 and 22 corresponding to the bottom surface 43 'be formed.
  • Embodiment according to FIG. 26 experiences beams R 1, R 2, which pass through the coupling-out structure 4, only a parallel offset. Furthermore, the coupling-out structure 4, along the main light-guiding direction x, is comparatively narrow. As a result, only a very small proportion of radiation is emitted at the rear side 3, so that an efficient decoupling of the radiation at the radiation decoupling side 2 and a high optical conduction efficiency can be ensured.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters (1) umfasst dieser einen Grundkörper (23) mit zwei Hauptseiten (2, 3). Weiterhin weist der Flächenlichtleiter (1) eine Hauptlichtleitrichtung (x) auf, die parallel zu einer Strahlungsauskoppelseite (2) orientiert ist. Der Flächenlichtleiter (1) beinhaltet eine Vielzahl von gleichartig geformten und gleich orientierten Auskoppelstrukturen (4), die an einer der Hauptseiten (2, 3) ausgebildet sind. Weiterhin weisen die Auskoppelstrukturen (4) je mindestens eine Strukturhauptfläche (40) auf, die so geneigt ist, dass die resultierende Lichtabstrahlung nicht symmetrisch zur Normalen auf die Strahlungsauskoppelseite ist.

Description

Beschreibung
Flächenlichtleiter und Beleuchtungseinrichtung Es wird ein Flächenlichtleiter angegeben. Darüber hinaus wird eine Beleuchtungseinrichtung mit einem solchen
Flächenlichtleiter angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
Flächenlichtleiter mit einer vorgebbaren, asymmetrischen AbstrahlCharakteristik anzugeben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters beinhaltet dieser einen Grundkörper, insbesondere genau einen Grundkörper. Der Grundkörper ist flächig gestaltet und weist eine Rückseite und eine dieser gegenüberliegende
Strahlungsauskoppelseite auf. Die Rückseite sowie die
Strahlungsauskoppelseite sind Hauptflächen des Grundkörpers und können parallel zueinander ausgerichtet sein.
Strahlungsauskoppelseite bedeutet, dass eine
Lichtauskopplung, insbesondere eine gewollte
Lichtauskopplung, ausschließlich oder überwiegend an dieser Hauptseite eine Strahlungsauskopplung erfolgt. Überwiegend heißt im Rahmen der vorliegenden Anmeldung zum Beispiel mindestens 50 % oder mindestens 80 % oder mindestens 95 %. Es verlässt die in dem Flächenlichtleiter geführte oder
eingekoppelte Strahlung insbesondere zu einem Anteil von mindestens 10 % oder mindestens 20 % oder mindestens 50 % den Grundkörper über die Strahlungsauskoppelseite. Der
Grundkörper ist transparent und klarsichtig für eine in dem Flächenlichtleiter zu leitende Strahlung. Weiterhin ist der Grundkörper bevorzugt dazu eingerichtet, in dem Flächenlichtleiter zu leitende Strahlung über Totalreflexion, insbesondere ausschließlich über Totalreflexion, zu leiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser mindestens eine Hauptlichtleitrichtung auf. Die Hauptlichtleitrichtung ist bevorzugt parallel zu der
Strahlungsauskoppelseite orientiert. Insbesondere weist der Flächenlichtleiter genau eine Hauptlichtleitrichtung auf. Die Hauptlichtleitrichtung ist eine solche Richtung, entlang derer der Flächenlichtleiter dazu eingerichtet ist, eine Strahlung zu leiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser mindestens eine oder genau eine Vielzahl von gleichartig geformten Auskoppelstrukturen auf. Die
Auskoppelstrukturen sind bevorzugt dazu eingerichtet, eine in dem Flächenlichtleiter geleitete Strahlung über Reflexion, Totalreflexion und/oder Brechung derart umzulenken, dass diese unmittelbar nachfolgend, insbesondere an der
Strahlungsauskoppelseite, aus dem Flächenlichtleiter
emittierbar ist. Das heißt, die Auskoppelstrukturen sind dazu eingerichtet, einen Winkel von im Flächenlichtleiter
verlaufender Strahlung, bezogen zum Beispiel auf die
Strahlenauskoppelseite, derart zu verändern, dass ein
Totalreflexionswinkel an der Strahlungsauskoppelseite
unmittelbar bei und/oder nach Reflexion und/oder Brechung der Strahlung an den Auskoppelstrukturen unterschritten wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser zumindest zwei verschieden geformte und/oder verschieden zueinander orientierte Auskoppelstrukturen auf, die jeweils in einer Vielzahl vorliegen. Zum Beispiel ist eine erste Vielzahl von Auskoppelstrukturen an einem Randbereich gegenüber einer zweiten Vielzahl von Auskoppelstrukturen in einem Zentralbereich des Grundkörpers verdreht gegeneinander angeordnet, insbesondere um eine homogenere Ausleuchtung der Strahlenauskoppelseite an einem Rand zu erzielen. Randbereich bedeutet zum Beispiel einen Streifen einer Breite von 10 % einer maximalen Ausdehnung der Strahlenauskoppelseite entlang der entsprechenden Richtung. Ebenso ist es möglich, dass Auskoppelstrukturen einer ersten und einer zweiten Vielzahl abwechselnd angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weisen die Auskoppelstrukturen jeweils mindestens eine, insbesondere genau eine Strukturhauptfläche auf. Die
Strukturhauptfläche ist eine solche Begrenzungsfläche der Auskoppelstrukturen, die dazu eingerichtet ist, auf die
Auskoppelstruktur treffende Strahlung derart umzulenken, dass diese nachfolgend bei Auftreffen auf die
Strahlungsauskoppelseite aus dem Grundkörper emittierbar ist. Ebenso kann eine Lichtauskopplung aus dem Grundkörper heraus unmittelbar an den Strukturhauptflächen erfolgen, falls diese ein Teil der Strahlungsauskoppelseite sind. Die
Strukturhauptfläche kann eben oder auch gekrümmt geformt sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Auskoppelstrukturen der Vielzahl gleich orientiert. Mit anderen Worten können die Auskoppelstrukturen der
Vielzahl dann ausschließlich durch Parallelverschiebung deckungsgleich übereinander gebracht werden. Weiterhin befinden sich die Auskoppelstrukturen an mindestens einer, bevorzugt an nur genau einer der Hauptseiten, also entweder an der Rückseite oder an der Strahlungsauskoppelseite. Zum Beispiel sind die Auskoppelstrukturen regelmäßig und/oder vordefiniert angeordnet, also zum Beispiel nicht zufällig oder statistisch verteilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist eine winkelabhängige Abstrahlcharakteristik, in einer ersten Ebene parallel zur Hauptlichtleitrichtung und
senkrecht zur Strahlungsauskoppelseite, asymmetrisch
ausgebildet. Mit anderen Worten gibt es in der ersten Ebene keine Spiegelgerade, bezüglich derer die
Abstrahlcharakteristik spiegelsymmetrisch ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist dieser dazu eingerichtet, dass, in der ersten Ebene, eine maximale Lichtstärke in eine Richtung emittiert wird, wobei diese Richtung zum Beispiel in einen Winkelbereich zwischen einschließlich -30° und +60° oder zwischen einschließlich -10° und +30° liegt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass in einem bestimmten, zusammenhängenden
Winkelbereich von zum Beispiel mindestens 15° oder mindestens 25° und/oder höchstens 60° oder höchstens 40° keine oder im Wesentlichen keine Strahlung, oder dass in diesem
Winkelbereich die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte, abzustrahlende Strahlung emittiert wird. Ein Winkel der
Richtung der maximalen Lichtstärke ist hierbei bezogen auf ein Lot zu der Strahlungsauskoppelseite. Der Winkel ist in Richtung der Hauptlichtleitrichtung weg von dem Lot in der ersten Ebene positiv und in Richtung weg vom Lot entgegen der Hauptlichtleitrichtung negativ, jeweils in der ersten Ebene. In mindestens einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters umfasst dieser einen Grundkörper mit zwei Hauptseiten, also eine Rückseite und eine dieser gegenüberliegenden
Strahlungsauskoppelseite. Weiterhin weist der Flächenlichtleiter eine Hauptlichtleitrichtung auf, die parallel zu der Strahlungsauskoppelseite orientiert ist. Der Flächenlichtleiter beinhaltet zumindest eine Vielzahl von gleichartig geformten und gleich orientierten
Auskoppelstrukturen, die an mindestens einer oder genau einer der Hauptseiten ausgebildet sind. Weiterhin weisen die
Auskoppelstrukturen je mindestens eine Strukturhauptfläche auf . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist der Grundkörper einen Totalreflexionswinkel auf, der durch ein Material des Grundkörpers vorgegeben ist. Ist der Grundkörper von Luft mit Brechungsindex 1 umgeben, so ergibt sich der Totalreflexionswinkel als der Arcussinus des reziproken Brechungsindexes des Grundkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist eine winkelabhängige Abstrahlcharakteristik des
Flächenlichtleiters diejenige eines Lambertschen Strahlers, in einer zweiten Ebene senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung und senkrecht zur Strahlungsauskoppelseite. Die
Abstrahlcharakteristik entspricht der eines Lambertschen Strahlers insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 25 % der maximalen Lichtstärke, bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 15 % oder von höchstens 10 %. Lambertscher Strahler bedeutet, dass die winkelabhängige Lichtstärke proportional zum Kosinus eines Abstrahlwinkels, bezogen auf das Lot der Strahlungsauskoppelseite, ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist die Strukturhauptfläche der Auskoppelstrukturen dazu eingerichtet, einen in dem Flächenlichtleiter geführten
Strahlungsanteil über Totalreflexion abzulenken. Der totalreflektierte Strahlungsanteil weist dabei vollständig oder teilweise solche Winkel zur Strahlungsauskoppelseite auf, dass dieser Strahlungsanteil nach Totalreflexion an der Strukturhauptfläche vollständig oder teilweise die
Strahlungsauskoppelseite durchläuft und auskoppelbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist die Richtung, in die der Flächenlichtleiter im Betrieb die maximale Lichtstärke emittiert, durch einen Winkel ß zwischen der Strukturhauptfläche und der Rückseite des
Grundkörpers vorgegeben. In diesem Fall sind insbesondere nur solche oder überwiegend nur solche Strahlungsanteile aus dem Flächenlichtleiter emittierbar, die eine Richtungsänderung durch Totalreflexion an der Strukturhauptfläche erfahren. Das heißt, es werden aus dem Flächenlichtleiter überwiegend nur oder nur solche Strahlungsanteile ausgekoppelt, die mit einem Einfallswinkel größer als der Totalreflexionswinkel auf die Strukturhauptfläche der Auskoppelstrukturen auftreffen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters gilt für den mittleren Winkel ß zwischen der
Strukturhauptfläche und der Rückseite der folgende
Zusammenhang: 0 -S sin| -ß| -S 0,6. Insbesondere liegt sin| -ß| zwischen einschließlich 0 und 0,4, bevorzugt zwischen
einschließlich 0 und 0,3 oder zwischen einschließlich 0 und 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Auskoppelstrukturen durch Ausnehmungen an einer der Hauptseiten, insbesondere ausschließlich an der Rückseite, gebildet. Weiterhin weisen die Auskoppelstrukturen je genau eine Strukturhauptfläche auf, wobei die Strukturhauptfläche einer Strahlungseintrittsseite des Grundkörpers zugewandt ist. Mit anderen Worten ist dann die der
Strahlungseintrittsseite zugewandte Begrenzungsfläche der Auskoppelstrukturen, insbesondere die Strukturhauptfläche, schräg zu der Rückseite und schräg zu der
Strahlungsauskoppelseite des Grundkörpers orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weist dieser genau eine Strahlungseintrittsseite auf. Die Strahlungseintrittsseite ist eine solche Seite des
Grundkörpers, die dazu eingerichtet ist, dass über die
Strahlungseintrittsseite eine Strahlung in den
Flächenlichtleiter eingekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Auskoppelstrukturen durch Erhebungen oder
Auswölbungen an mindestens einer oder genau einer der
Hauptseiten gebildet. Mit anderen Worten ragen die
Auskoppelstrukturen dann aus der entsprechenden Hauptseite heraus .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters gilt einer oder gelten beide der nachfolgenden Zusammenhänge: -6° < ß < 93°- , +3° > ß > 86°- . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters liegt der Totalreflexionswinkel des Grundkörpers zwischen einschließlich 35° und 50°, insbesondere zwischen
einschließlich 40° und 45°. Weiterhin gilt, dass der mittlere Winkel ß zwischen der Strukturhauptfläche und der Rückseite des Grundkörpers gleich dem Totalreflexionswinkel ist, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 10°, bevorzugt von höchstens 5°, insbesondere von höchstens 2° oder von
höchstens 0,5°. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weisen die Auskoppelstrukturen eine Fläche auf, die entlang der Hauptlichtleitrichtung der Strukturhauptfläche vorangeht. Diese Fläche ist, mit einer Toleranz von höchstens 10° oder von höchstens 5°, senkrecht zu der Hauptlichtleitrichtung orientiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weisen die Auskoppelstrukturen eine der Strukturhauptfläche gegenüberliegende Strukturrückseite auf. Die
Strukturrückseite ist hierbei eine Hauptfläche der
Auskoppelstrukturen. Insbesondere ist die Strukturrückseite der Strahlungseintrittsseite des Grundkörpers abgewandt. Über die Strukturrückseite erfolgt zum Beispiel keine oder
überwiegend keine Einstellung der Abstrahlcharakteristik des Flächenlichtleiters in der ersten Ebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist die Strukturrückseite planar oder im Wesentlichen planar geformt. Weiterhin ist die Strukturrückseite nicht dazu eingerichtet, eine im Flächenlichtleiter geleitete Strahlung derart umzulenken, dass diese unmittelbar nach Reflexion, Totalreflexion und/oder Brechung an der Strukturrückseite aus den Grundkörper auskoppelbar ist. Es ist die
Strukturrückseite also nicht dazu eingerichtet, die im
Flächenlichtleiter geführte Strahlung derart umzulenken, dass diese an der Strahlungsauskoppelseite den Flächenlichtleiter verlassen kann. Dies schließt nicht aus, dass
vernachlässigbare Strahlungsanteile an der Strukturrückseite eine solche Ablenkung erfahren und nachfolgend ausgekoppelt werden können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist die Strukturhauptfläche, mit einer Toleranz von höchstens 10° oder von höchstens 5°, parallel zu der
Strukturhauptfläche orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Strukturhauptflächen der Auskoppelstrukturen dazu eingerichtet, eine im Flächenlichtleiter geführte Strahlung, die unter Einfallswinkeln kleiner als der
Totalreflexionswinkel auf die Strukturhauptfläche
auftreffen, zu transmittieren . Diese transmittierten
Strahlungsanteile durchlaufen die Strukturhauptfläche und verlassen den Grundkörper des Flächenlichtleiters. Weiterhin sind die Strukturrückseiten der Auskoppelstrukturen dazu eingerichtet, dass mindestens ein Teil der durch die
Strukturhauptfläche transmittierten Strahlung auch die
Strukturrückseiten durchläuft. Der die Strukturrückseiten durchlaufende Strahlungsanteil gelangt wieder in den
Grundkörper .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Strukturhauptflächen der Auskoppelstrukturen, entlang der Hauptlichtleitrichtung, mit der Strukturrückseite der Auskoppelstrukturen über eine Rundung oder über mehrere Rundungen verbunden. Die Rundung ist ein Teil einer
Begrenzungsfläche der Auskoppelstrukturen weist bevorzugt eine mittlere Krümmung zwischen einschließlich 5 mm-1 und 100 mm-1, insbesondere zwischen einschließlich 10 mm-1 und 65 mm-1 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters ist die Strukturhauptfläche der Auskoppelstrukturen entlang der Hauptlichtleitrichtung und/oder in eine Richtung senkrecht zur Hauptlichtleitrichtung gekrümmt. Eine mittlere Krümmung der Strukturhauptfläche beträgt bevorzugt höchstens 1 mm-1, insbesondere höchstens 0,5 mm-1 oder höchstens
0,25 mm-1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Auskoppelstrukturen, in einem Querschnitt parallel zu der ersten Ebene gesehen, sägezahnartig oder schlitzartig geformt. Schlitzartig bedeutet, dass eine Ausdehnung der Auskoppelstrukturen entlang der Hauptlichtleitrichtung kleiner ist als eine Ausdehnung der Auskoppelstrukturen quer zu einer der Hauptseiten. Sägezahnartig bedeutet, dass die Auskoppelstrukturen in einem Querschnitt parallel zur
Hauptlichtleitrichtung dreieckig, insbesondere wie ein rechtwinkliges Dreieck, geformt sind, wobei Ecken zum
Beispiel herstellungsbedingt abgerundet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weisen die Auskoppelstrukturen eine dreieckartige, eine rechteckartige oder eine quadratartige Grundfläche auf. Die Grundfläche ist insbesondere diejenige Fläche, die die
Auskoppelstrukturen an der Rückseite oder an der
Strahlungsauskoppelseite einnehmen. Rechteckartig oder quadratisch schließt nicht aus, dass die Grundfläche der Auskoppelstrukturen abgerundete Ecken aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters nehmen die Auskoppelstrukturen einen Flächenanteil an einer der Hauptseiten ein, der zwischen einschließlich 20 % und 70 % liegt, insbesondere zwischen einschließlich 25% und 60 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters sind die Strukturhauptflächen der Auskoppelstrukturen mit einer Aufrauung versehen. Die Aufrauung ist bevorzugt dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil einer an den
Strukturhauptflächen reflektierten Strahlung diffus zu reflektieren oder total zu reflektieren. Besonders bevorzugt führt die Aufrauung nur zu einer Kleinwinkelstreuung der reflektierten oder totalreflektierten Strahlung, so dass die winkelabhängige Abstrahlcharakteristik, die durch den
mittleren Winkel ß der Strukturhauptfläche zu der Rückseite bestimmt ist, durch die Aufrauung nicht oder nicht
signifikant beeinflusst ist. Insbesondere wird die Richtung, in der die maximale Lichtstärke emittiert wird, durch die Aufrauung nicht oder nicht wesentlich beeinflusst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters grenzen die Strukturhauptflächen der Auskoppelstrukturen in lateraler Richtung, also insbesondere in einer Ebene parallel zu der Strahlungsauskoppelseite, vollständig oder teilweise an mindestens eine Fase, bevorzugt an zwei Fasen, an. Eine Fase ist eine bevorzugt planare Begrenzungsfläche der
Auskoppelstrukturen, die schräg zu der Strukturhauptfläche orientiert ist. Ein Winkel zwischen einem Lot der mindestens einen Fase und einem Lot der Strukturhauptfläche liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 20° und 70°, insbesondere zwischen einschließlich 30° und 60° oder um zirka 45°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters weisen die Strukturhauptflächen je einen Flächeninhalt zwischen einschließlich 0,07 mm2 und 2,0 mm2, insbesondere zwischen einschließlich 0,15 mm2 und 1,5 mm2 oder zwischen einschließlich 0,2 mm2 und 0,8 mm2 auf. Die
Strukturhauptflächen sind also vergleichsweise groß. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters wirken die Auskoppelstrukturen ausschließlich oder
überwiegend über geometrische Optik. Mit anderen Worten gibt eine ausschließlich auf geometrischer Optik basierende
Betrachtungsweise die Abstrahlcharakteristik des
Flächenlichtleiters näherungsweise wieder, sodass
wellenoptische Aspekte vernachlässigbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters liegt eine Dicke des Grundkörpers zwischen einschließlich 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 1,5 mm und 8 mm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters nimmt eine Dichte der Auskoppelstrukturen, entlang der
Hauptlichtleitrichtung, zu. Insbesondere folgt eine Anzahl n der Auskoppelstrukturen pro Längeneinheit, mit einer Toleranz von höchstens 40 % oder von höchstens 20 % oder von höchstens 10 % einer maximalen Anzahl der Auskoppelstrukturen pro
Flächeneinheit des Flächenlichtleiters dem folgenden
Zusammenhang: n (x) = no/ (1-nox) . x ist dabei die
Hauptlichtleitrichtung, no ist eine Anzahl der
Auskoppelstrukturen pro Längeneinheit an der
Strahlungseintrittsseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Flächenlichtleiters umfasst diese einen Spiegel. Insbesondere ist der Spiegel an der Rückseite des Grundkörpers angebracht. Bei dem Spiegel kann es sich um einen spekular oder diffus reflektierenden Spiegel handeln. Darüber hinaus wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, die einen Flächenlichtleiter aufweist, wie in Verbindung mit mindestens einer der genannten Ausführungsform angegeben. Merkmale der Beleuchtungseinrichtung sind daher auch für den Flächenlichtleiter offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform weist die
Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine elektrisch
betreibbare Lichtquelle auf. Die Lichtquelle ist an zumindest einer, insbesondere genau einer Strahlungseintrittsseite des Grundkörpers des Flächenlichtleiters angebracht. Bei der Lichtquelle handelt es sich insbesondere um Leuchtdioden, beispielsweise um streifenförmig angeordnete Leuchtdioden, um Leuchtröhren, englisch Cold Cathode Fluorescent Lamp, kurz CCFL, und/oder um linienförmig abstrahlende Lichtquellen handeln. Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung mindestens einen, insbesondere genau einen
Flächenlichtleiter . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst diese einen Diffusor, der bevorzugt an der Strahlungsauskoppelseite angebracht ist. Der Diffusor ist dazu eingerichtet, eine Abstrahlcharakteristik des Flächenlichtleiters um höchstens 20 % oder um höchstens 10 % der maximalen Lichtstärke zu ändern. Mit anderen Worten wird durch den Diffusor die Abstrahlcharakteristik des
Flächenlichtleiters nicht wesentlich verändert, insbesondere ändert sich durch den Diffusor die Richtung, entlang der die maximale Lichtstärke emittiert wird, nicht oder nicht
signifikant, zum Beispiel um höchstens 20° oder um höchstens 10° oder um höchstens 5°. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung ist diese frei von Blenden oder
Abschattfolien. Mit anderen Worten erfolgt keine Einstellung der winkelabhängigen Abstrahlcharakteristik der im Betrieb der Lichtquellen erzeugten Strahlung, die von den
Flächenlichtleiter geleitet und emittiert wird, über Blenden oder Abschattfolien. Die Abstrahlcharakteristik ist dann bevorzugt ausschließlich oder überwiegend durch die
Auskoppelstrukturen des Flächenlichtleiters vorgegeben.
Hier beschriebene Beleuchtungseinrichtungen sind zum Beispiel in der Allgemeinbeleuchtung einsetzbar. Weiterhin können hier beschriebene Beleuchtungseinrichtungen oder
Flächenlichtleiter zur Hinterleuchtung von
Anzeigeeinrichtungen wie Displays Verwendung finden.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Flächenlichtleiter sowie eine hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Winkel, zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein
Es zeigen:
Figur 1 bis 6 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Beleuchtungseinrichtungen, Figur 7 eine schematische Darstellung einer
Abstrahlcharakteristik einer hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung,
Figuren 8, 9 und 27 schematische Darstellungen von
Abwandlungen einer Beleuchtungseinrichtung,
Figuren 10 bis 16 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von Auskoppelstrukturen für hier beschriebene Flächenlichtleiter, und
Figuren 17 bis 26 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Flächenlichtleitern .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer
Beleuchtungseinrichtung 100 mit einem Flächenlichtleiter 1 in einer schematischen Seitenansicht illustriert. An einer
Strahlungseintrittsseite 5 eines Grundkörpers 23 des
Flächenlichtleiters 1 ist eine Lichtquelle 6, zum Beispiel eine oder mehrere Leuchtdioden, angebracht. Die Lichtquelle 6 kann anders als gezeichnet unmittelbar an der
Strahlungseintrittsseite 5 des Grundkörpers 23 angebracht oder, wie in Figur 1 gezeigt, von der
Strahlungseintrittsseite 5 beabstandet angeordnet sein.
Der flächige Grundkörper 23 weist eine Rückseite 3 und eine Strahlungsauskoppelseite 2 auf, die Hauptseiten des
Grundkörpers 23 bilden und die einander gegenüberliegen. Die Strahlungsauskoppelseite 2 ist die Hauptseite des
Flächenlichtleiters 1, die dazu eingerichtet ist, in dem Flächenlichtleiter 1 geführte Strahlung zu emittieren. Eine Emission von Strahlung findet überwiegend an der Strahlungsauskoppelseite 2 statt.
An der Rückseite 3 des Grundkörpers 23 sind
Auskoppelstrukturen 4 in Form von Ausnehmungen, die zum
Beispiel mit Luft gefüllt sind, ausgebildet. Die
Auskoppelstrukturen 4 weisen eine Strukturhauptfläche 40 auf, die der Lichtquelle 6 zugewandt ist. Die Strukturhauptflächen 40 schließen mit der Rückseite 3 einen mittleren Winkel ß ein. Eine Strukturrückseite 45 ist der Lichtquelle 6
abgewandt. Entlang einer Hauptlichtleitrichtung x weg von der Lichtquelle 6 nimmt eine Dichte der Auskoppelstrukturen 4 pro Längeneinheit bevorzugt stetig zu. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Auskoppelstrukturen 4 entlang der
Hauptlichtleitrichtung x ist bevorzugt derart gewählt, dass sich von benachbarten Auskoppelstrukturen 4 umgelenkte
Strahlungsanteile an der Strahlungsauskoppelseite 2 berühren oder überlappen, so dass eine gleichmäßige Ausleuchtung der Strahlungsauskoppelseite 2 gewährleistet ist.
Optional ist an der Strahlungsauskoppelseite 2 ein Diffusor 7, beispielsweise eine streuende Folie, angebracht. Ein solcher Diffusor 7 kann auch in Verbindung mit allen anderen Ausführungsbeispielen eingesetzt sein. Über den Diffusor wird eine Homogenisierung der Abstrahlung des Flächenlichtleiters 1 erreicht. Insbesondere sind aufgrund des Diffusors in
Draufsicht auf die Strahlungsauskoppelseite 7 einzelne der Auskoppelstrukturen 4 mit bloßem menschlichen Auge nicht oder nur schwer voneinander unterscheidbar. Eine durch die
Auskoppelstrukturen bedingte winkelabhängige
Abstrahlcharakteristik des Flächenlichtleiters 1 wird durch den Diffusor 7 nicht oder nur vernachlässigbar beeinflusst. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht gezeigt, wobei ein Schwerpunkt der Darstellung in dem Verlauf eines Strahls R an einer der
Auskoppelstrukturen 4 liegt, sodass nur eine der
Auskoppelstrukturen 4 dargestellt ist. Die
Strukturhauptfläche 40 ist näherungsweise planar gestaltet, ebenso wie die Strukturrückseite 45. Ein Winkel δ zwischen der Rückseite 3 und der Strukturrückseite 45 liegt zwischen einschließlich 75° und 105°, insbesondere bei zirka 90°.
Eine Ausdehnung B der Auskoppelstruktur 4 entlang der
Hauptlichtleitrichtung x liegt bevorzugt zwischen
einschließlich 0,2 mm und 1 mm, insbesondere zwischen
einschließlich 0,3 mm und 0,7 mm. Eine Höhe H der
Auskoppelstruktur 4 beträgt zum Beispiel zwischen
einschließlich 0,1 mm und 0,6 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,4 mm. Eine Dicke T des
Grundkörpers 23 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen einschließlich 2 mm und 6 mm. In Draufsicht auf die Strahlungsauskoppelseite 2 gesehen beträgt eine Ausdehnung des Grundkörpers 23 entlang der Hauptlichtleitrichtung x insbesondere zwischen
einschließlich 1 cm und 20 cm, beispielsweise um 4 cm, und, in eine Richtung senkrecht zu der Hauptlichtleitrichtung x, insbesondere zwischen einschließlich 4 cm und 40 cm, zum
Beispiel um 12 cm. Eine Ausdehnung des Flächenlichtleiters entlang der Hauptlichtleitrichtung x beträgt bevorzugt mindestens ein 10-faches, insbesondere mindestens ein 15- faches oder 20-faches der Dicke T des Grundkörpers 23. Alle anderen Ausführungsbeispiele können ebenso die genannten Abmessungen aufweisen. Der Strahl R weist einen Einfallswinkel ε zu einem Lot L der Strukturhauptfläche 40 auf, der geringfügig größer ist als ein Totalreflexionswinkel des Grundkörpers 23, bezogen insbesondere auf Luft. Mit anderen Worten wird der Strahl R an der Strukturhauptfläche 40, die eine Grenzfläche eines Materials des Grundkörpers 23 zur Luft in der
Auskoppelstruktur 4 darstellt, totalreflektiert. Der an der Strukturhauptfläche 40 reflektierte Strahl R trifft unter einem Winkel γ zu einem Lot z der Strahlungsauskoppelseite 2 auf diese auf. Der Winkel γ ist kleiner als der
Totalreflexionswinkel , so dass der Strahl R den Grundkörper 23 unter einem Abstrahlwinkel τ verlässt.
An der Strukturhauptfläche 40 werden also nur solche Strahlen R reflektiert, die einen Einfallswinkel ε zu dem Lot L der
Strukturhauptfläche 40 aufweisen, der größer oder gleich dem Totalreflexionswinkel ist. Somit ist durch den Winkel ß zwischen der Strukturhauptfläche 40 und der Rückseite 3 ein erwünschter Emissionsbereich E vorgebbar. Insbesondere bestimmt der Winkel ß den minimalen und maximalen
Abstrahlwinkel τ, unter dem Strahlung den Grundkörper 23 verlässt .
Ist der Einfallswinkel ε des Strahls R gleich dem
Totalreflexionswinkel , so gilt γ = - ß. Für den
Abstrahlwinkel τ gilt: sin τ = = n sin γ = n sin( -ß) . n ist der Brechungsindex des Grundkörpers 23. τ > 0 bedeutet, dass der Strahl R mit einer Komponente entlang der
Hauptlichtleitrichtung x an der Strahlungsauskoppelseite 2 emittiert wird, ein Abstrahlwinkel τ < 0 bedeutet, dass der Strahl R eine Komponente entgegen der Hauptlichtleitrichtung x aufweist, vergleiche Figur 3C. In Figur 3 ist die Wirkungsweise der Auskoppelstrukturen 4 anhand von weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. In Figur 3A ist illustriert, dass in dem Flächenlichtleiter 1 nur solche Strahlen R geleitet werden, die unter Winkeln größer als der Totalreflexionswinkel auf die Hauptseiten 2, 3 des Grundkörpers 23 auftreffen. Es werden nur Strahlen R mit Winkeln in zwei Winkelbereichen i, ii in den Grundkörper 23 geleitet. Näherungsweise treffen daher nur solche Strahlen R auf die Strukturhauptfläche 40, die in den Winkelbereichen i, ii liegen.
In Figur 3B sind drei Strahlen Rl, R2, R3 eingezeichnet. Der Strahl R2 verläuft näherungsweise parallel zur Rückseite 3. Der Strahl Rl ist dem Winkelbereich ii, der Strahl R3 dem Winkelbereich i zuzuordnen. Bei dem vergleichsweise kleinen Winkel ß gemäß Figur 3 wird nur der Strahl R2 an der
Strahlungsauskoppelseite 2 emittiert. Der Strahl R3 wird sowohl an der Strukturhauptfläche 40 als auch an der
Strahlungsauskoppelseite 2 totalreflektiert. Der Strahl Rl durchläuft sowohl die Strahlungsauskoppelseite 40 als auch die Strukturrückseite 45 und verbleibt ebenfalls in dem
Grundkörper 23.
In Figur 3C ist der Winkel ß der Auskoppelstruktur 4
vergleichsweise groß. Der Strahl Rl, dem Winkelbereich ii zuzuordnen, wird analog zum Strahl Rl aus Figur 3B geführt. Der Strahl R2, der näherungsweise parallel zur Rückseite 3 auf die Strukturhauptfläche 40 trifft, wird durch die
Auskoppelstruktur 4 hindurch geleitet und nicht ausgekoppelt. Nur der Strahl R3 wird an der Strukturhauptfläche 40
totalreflektiert und nachfolgend an der
Strahlungsauskoppelseite 2 emittiert, wobei τ < 0 ist. Es ergibt sich, dass Strahlen R aus dem Winkelbereich i, vergleiche Figur 3A, teilweise die Strukturhauptfläche 40 und die Strukturrückseite 45 durchlaufen, wenn ß > 90° - . Für ß > 90° - erfolgt für Strahlen R des Winkelbereichs i eine vollständige Totalreflexion an der Strukturhauptfläche 40. Ist ß < , so kann an der Strahlungsauskoppelseite 2 eine Totalreflexion von Strahlen R aus dem Winkelbereich i
erfolgen .
Für Strahlen R aus dem Winkelbereich ii, siehe Figur 3A, ergibt sich, dass je kleiner der Winkel ß ist, ein desto größerer Strahlungsanteil an der Strukturhauptfläche 40 totalreflektiert wird. Ist + ß > 90°, so erfolgt für
Strahlen R aus dem Winkelbereich ii keine Totalreflexion mehr an der Auskoppelstruktur 4. Um eine hohe Auskoppeleffizienz von Strahlung aus dem Grundkörper 23 zu erzielen, gilt bevorzugt ß < 90° - oder ß < . Bevorzugt gilt, dass ß zwischen und 90° - liegt. Insbesondere ist ß = . Durch Nebeneffekte wie zum Beispiel Fresnel-Reflexionen gelten die angegebenen Relationen insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 6° oder von höchstens 3° oder von höchstens 1°, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.
In den Figuren 4 bis 7 ist eine Abstrahlcharakteristik I eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Beleuchtungseinrichtung 100 näher illustriert. Die
Abstrahlcharakteristik I ist hierbei ohne Diffusor gezeigt. Gemäß der schematischen Seitenansicht nach Figur 4A ist die Beleuchtungseinrichtung 100 als Display zum Beispiel eines Autoradios eingesetzt. In dem erwünschten Emissionsbereich E ist die vom Display emittierte Strahlung, insbesondere aus einer Betrachtungsrichtung AI beispielsweise des Fahrers, gut erkennbar. In einem unerwünschten Emissionsbereich F wird möglichst wenig oder deutlich weniger Strahlung als in dem erwünschten Emissionsbereich E emittiert, um Spiegelungen oder Blendungen über das Fenster 8 zu vermeiden oder zu reduzieren .
Die Abstrahlcharakteristik I in einer ersten Ebene, die durch das Lot z und die Hauptlichtleitrichtung x aufgespannt ist, ist in Figur 6 näher dargestellt. Entlang eines Winkels pl in der ersten Ebene weist die Abstrahlcharakteristik I eine maximale Lichtstärke Imax bei circa 190° auf, siehe Figur 7C. Eine Richtung V maximaler Abstrahlintensität liegt also bei einem Winkel von circa 190°, näherungsweise lotrecht zur Strahlungsauskoppelseite 2. Entlang der ersten Ebene wird in den unerwünschten Emissionsbereich F nur ein geringer
Strahlungsanteil emittiert, siehe auch die zweidimensionale, winkelabhängige Darstellung der Abstrahlcharakteristik I gemäß Figur 7A. Eine mittlere Leuchtdichte beträgt zum
Beispiel mindestens 25 cd/m^ oder mindestens 250 cd/m^. Entlang einer zweiten Ebene, parallel zu der
Strahlungsauskoppelseite 2 und senkrecht zu der
Hauptlichtleitrichtung x ist eine Abstrahlung in einem breiten Winkelbereich erwünscht, so dass zum Beispiel neben einem Fahrer aus einer Betrachtungsrichtung AI auch ein
Beifahrer aus einer Betrachtungsrichtung A2 die Anzeige in dem Display mit der Beleuchtungseinrichtung 100 erkennen kann. In dieser zweiten Ebene, entlang eines Winkels p2, siehe insbesondere Figur 7B, entspricht die
Abstrahlcharakteristik I näherungsweise der eines
Lambertschen Strahlers.
Eine solche Beleuchtungseinrichtung 100 mit mehreren
Leuchtdioden als Lichtquellen 6, zum Beispiel für ein Display eines Autoradios, ist in Figur 5 näher gezeigt, siehe die dreidimensionale Darstellung gemäß Figur 5A, die Draufsicht gemäß Figur 5B und die Seitenansicht gemäß Figur 5C. In Figur 8 ist eine herkömmliche Beleuchtungseinrichtung und in Figur 9 deren Abstrahlcharakteristik I illustriert, ohne einen Diffusor. Auskoppelelemente 14 sind ellipsoid oder sphärisch geformt und an der Strahlungsauskoppelseite 2 als Erhebungen ausgebildet, siehe die schematische Seitenansicht gemäß Figur 8A und den Detailausschnitt gemäß Figur 8B sowie eine dreidimensionale Draufsicht auf die
Strahlungsauskoppelseite 2 gemäß Figur 8C.
Die zugehörige Abstrahlcharakteristik weist in der x-z-Ebene ein Maximum bei einem Winkel pl von circa 250° auf. Mit anderen Worten wird ein Großteil der Strahlung nahezu
parallel zu der Strahlungsauskoppelseite 2 emittiert, woraus eine vergleichsweise hohe Blendwirkung der Strahlung für einen Betrachter resultiert. In der zweiten Ebene, senkrecht zu der Hauptlichtleitrichtung x und zu der
Strahlungsauskoppelseite 2, weist die Abstrahlcharakteristik I einen plateauartigen Verlauf mit einem schwach ausgeprägten Minimum bei p2 = 90° auf und weicht von der eines
Lambertschen Strahlers signifikant ab, siehe Figur 9B .
In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Flächenlichtleiters 1 mit der Auskoppelstruktur 4 in einer schematischen Seitenansicht, siehe Figur 10A, und in einer dreidimensionalen Darstellung, siehe Figur 10B, illustriert. Die Strukturhauptfläche 40 ist über eine Rundung 42 mit der Strukturrückseite 45 verbunden. Die Rundung 42 weist eine Krümmung Kl auf. Über eine solche Rundung 42 ist es möglich, eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Strahlungsauskoppelseite 2 zu erzielen.
Weiterhin ist ein Übergangsbereich der
Strahlungsauskoppelseite 2 zu der Rückseite 3 und ein
Übergangsbereich der Strukturrückseite 45 mit der Rückseite 3 abgerundet. Diese Übergangsbereiche weisen die Krümmungen K2, K3 auf. Ebenfalls weisen Flanken 44, die Begrenzungsflächen der Auskoppelstrukturen 4 in eine Richtung senkrecht zu der Hauptlichtleitrichtung x darstellen, in einem
Übergangsbereich zu der Rückseite 3 eine Krümmung K4 auf. Die Krümmungen Kl, K2, K3, K4 liegen bevorzugt im Bereich
zwischen einschließlich 5 mm-1 und 100 mm-1. Die Flanken 44 sind zum Beispiel, mit einer Toleranz von höchstens 5° oder von höchstens 2°, senkrecht zur Rückseite 3 orientiert.
Die Strukturhauptfläche 40 ist optional ebenfalls konkav oder konvex entlang der Hauptlichtleitrichtung x mit der Krümmung K6 gekrümmt, oder in eine y-Richtung senkrecht zu der
Hauptlichtleitrichtung x konkav oder konvex mit der Krümmung K5 gekrümmt. Die Krümmungen K5, K6 liegen zum Beispiel bei höchstens 1 mm-1.
Die Auskoppelstruktur 4 gemäß Figur 11 weist an der
Strukturhauptfläche 40 eine Aufrauung 9 auf. Die Aufrauung 9 verändert eine durch den Winkel ß hervorgerufene
Abstrahlcharakteristik I der Auskoppelstruktur 4 nicht signifikant. Beispielsweise weist die Aufrauung 9 Teilflächen auf, im Vergleich zu einer mittleren Orientierung der
Strukturhauptfläche 40, Winkel von je weniger als 5° oder von je weniger als 2° aufweisen. Mit anderen Worten verursacht die Aufrauung 9 bevorzugt nur eine Kleinwinkelstreuung. Die Aufrauung 9 kann, wie auch in allen Ausführungsbeispielen, alternativ oder zusätzlich zu den Krümmungen K5, K6
auftreten .
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12, siehe die Draufsicht in Figur 12A, die Seitenansicht in Figur 12C, die Rückansicht in Figur 12D und die dreidimensionale Darstellung in Figur 12B, weist eine näherungsweise eben geformte
Strukturhauptfläche 40 auf. Die Krümmung K4 erstreckt sich, von einer Grundfläche der Auskoppelstruktur 4 her, bis in eine Höhe Hl. Die Strukturrückseite H2, die sich bis an die
Rundung 42 erstreckt, reicht bis in eine Höhe H2.
Beispielsweise beträgt die Höhe Hl höchstens 20 % oder höchstens 10 % der Höhe H der gesamten Auskoppelstruktur 4.
Die Höhe H2 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 60 % und 99 %, insbesondere zwischen einschließlich 75 % und 90 % der Höhe H.
In Figur 13 ist die Auskoppelstruktur 4 mit Fasen 48
versehen. Die Fasen 48 sind Begrenzungsflächen der
Auskoppelstruktur 4, die quer zu den Flanken 44 und quer zu der Strukturhauptfläche 40 ausgerichtet sind. Beispielsweise sind die Fasen 48 durch dreieckige Flächen oder
näherungsweise dreieckige Flächen gebildet. Anders als dargestellt ist es auch möglich, dass die Fasen 48 bis an die Rundung 42 heranreichen, sodass die Strukturhauptfläche 40 in lateraler Richtung dann vollständig an die Fasen 48 grenzt.
Eine minimale Breite Wl der Strukturhauptfläche 40 an der Grundfläche der Auskoppelstruktur 4 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 60 % und 95 % einer Gesamtbreite W der Auskoppelstruktur 4, insbesondere zwischen einschließlich 70 % und 90 %. Die Gesamtbreite W liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 0,1 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen einschließlich 0,3 mm und 0,75 mm, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen .
Gemäß Figur 14 ist die Auskoppelstruktur 4 schlitzartig gestaltet. Die Strukturhauptfläche 40 und die
Strukturrückseite 45 sind, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 10°, von höchstens 5°, von höchstens 2° oder von höchstens 0,5° parallel zueinander orientiert. Beim Ausführungsbeispiel der Auskoppelstruktur 4 gemäß Figur 15 ist diese pyramidenstumpfartig gestaltet und weist einen quadratischen Grundriss auf. Gemäß Figur 16 ist die
Auskoppelstruktur 4 als Pyramide ausgeformt. Anders als dargestellt ist es ebenso möglich, dass die Auskoppelstruktur 4 auch als unregelmäßiger Pyramidenstumpf oder als
unregelmäßige Pyramide ausgebildet ist. Weiterhin ist es möglich, dass die Auskoppelstrukturen 4 eine dreieckige
Grundfläche aufweisen, anders als in den Figuren 14 und 16 dargestellt. Insbesondere liegt dann eine Normale der der Strahlungseintrittsseite 5 des Grundkörpers 2 zugewandten Strukturhauptfläche 40 in der ersten Ebene, parallel zur Hauptlichtleitrichtung x und senkrecht zur
Strahlungsauskoppelseite 2. Die geometrischen Abmessungen, wie in Verbindung mit Figur 2 und Figuren 10 bis 13 für im Querschnitt sägezahnartige
Auskoppelstrukturen 4 erläutert, können in analoger Weise für die Auskoppelstrukturen gemäß der Figuren 14 bis 16
Verwendung finden.
In den Figuren 17 bis 26 sind verschiedene Strahlverläufe in Ausführungsbeispielen der Flächenlichtleiter 1 mit den
Auskoppelstrukturen 4 illustriert. Zur Vereinfachung der Darstellung ist jeweils nur eine Auskoppelstruktur 4
gezeichnet und es sind die Auskoppelstrukturen 4 jeweils im Querschnitt sägezahnartig . Abweichend von den Darstellungen in den Figuren 17 bis 26 können die Auskoppelstrukturen 4 auch jeweils wie beispielsweise in den Figuren 10 bis 16 gezeigt ausgebildet sein.
Gemäß Figur 17 ist die Auskoppelstruktur 4 als Erhebung an der Strahlungsauskoppelseite 2 ausgebildet. Eine
Strahlungsauskopplung erfolgt sowohl über die
Strukturhauptfläche 40 als auch über die Strukturrückseite 45, wobei eine Abstrahlcharakteristik maßgeblich durch die Strukturhauptfläche 40 bestimmt ist. Die Strukturhauptfläche 40 befindet sich näher an einer in Figur 17 nicht
gezeichneten Strahlungseintrittsseite des Grundkörpers 23 als die Strukturrückseite 45. Ein exemplarischer Strahl R5 wird an der Strukturrückseite 45 totalreflektiert und nachfolgend an der Strukturhauptfläche 40 emittiert. Solche Strahlen R5 können zu einer Emission in dem unerwünschten
Emissionsbereich F, vergleiche Figur 6, führen. Derartige
Strahlen R5 bilden allerdings nur einen geringen Anteil der gesamten, emittierten Strahlung.
Optional ist an einer der Hauptseiten 2, 3, insbesondere an der Rückseite 3 des Grundkörpers 23, ein Spiegel 13
ganzflächig oder in Flächenbereichen angebracht. Der Spiegel 13 reflektiert bevorzugt spekular, also gemäß dem
Reflexionsgesetz, so dass Einfallswinkel gleich
Ausfallswinkel sind. Ein derartiger Spiegel 13 kann optional auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 18 befindet sich die Strukturrückseite 45 näher an der nicht dargestellten Strahlungseintrittsseite 5 als die Strukturhauptfläche 40. Über die Strukturrückseite 45 verlässt näherungsweise keine oder kein signifikanter Strahlungsanteil den
Flächenlichtleiter 1. Die Abstrahlcharakteristik ist im Wesentlichen ausschließlich über die Strukturhauptfläche 40 eingestellt .
Gemäß den Figuren 19 bis 22 sind die Auskoppelstrukturen 4 durch Ausnehmungen in der Strahlungsauskoppelseite 2 gebildet. Gemäß Figur 19 ist die Strukturrückseite 45 senkrecht zur Strahlungsauskoppelseite 2 orientiert und der nicht dargestellten Strahlungseintrittsseite 5 zugewandt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Bestimmung der Abstrahlcharakteristik überwiegend über die im Winkel ß zur Strahlungsauskoppelseite 2 angeordnete
Strukturhauptfläche 40. Ein Flächeninhalt der
Strukturhauptfläche 40 ist signifikant größer als ein
Flächeninhalt der Strukturrückseite 45.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 20 befindet sich die quer zur Strahlungsauskoppelseite 2 angeordnete
Strukturhauptfläche 40 näher an der nicht dargestellten Strahlungseintrittsseite 5 als die Strukturrückseite 45, die näherungsweise senkrecht zur Strahlungsauskoppelseite 2 orientiert ist.
Nach Figur 21 und 22 sind die Auskoppelstrukturen
schlitzartig geformt. Gemäß Figur 21 erstreckt sich die Auskoppelstruktur 4, von der Strahlungsauskoppelseite 2 aus gesehen, in Richtung der Hauptlichtleitrichtung x. Gemäß Figur 22 erstreckt sich die Auskoppelstruktur 4, ausgehend von der Strahlungsauskoppelseite 2, entgegen die
Hauptlichtleitrichtung x. Die Strukturrückseite 40 sowie die Strukturhauptfläche 45 sind näherungsweise parallel zueinander angeordnet. Eine Bodenfläche 43' ist bei den
Auskoppelstrukturen 4' jeweils parallel zu der
Strahlungsauskoppelseite 2 orientiert, gemäß den
Auskoppelstrukturen 4 ist die Bodenfläche 43 senkrecht zu der Strukturhauptfläche 40 orientiert.
Beim Ausführungsbeispiel des Flächenlichtleiters 1 gemäß Figur 23 ist die Auskoppelstruktur 4 als Erhebung an der Rückseite 3 des Grundkörpers 23 ausgebildet. Eine Einstellung der Abstrahlcharakteristik erfolgt über die
Strukturhauptfläche 40, die weiter von der nicht
dargestellten Strahlungseintrittsseite 5 entfernt ist als die Strukturrückseite 45.
Gemäß den Figuren 24 bis 26 ist die Auskoppelstruktur 4 als Ausnehmung in der Rückseite 3 des Grundkörpers 23 geformt. Die Abstrahlcharakteristik ist jeweils überwiegend durch die Strukturhauptfläche 40 bestimmt. Die schlitzartige
Auskoppelstruktur 4 mit der Bodenfläche 43 kann, anders als dargestellt, wie in den Figuren 21 und 22 entsprechend der Bodenfläche 43' geformt sein. Beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 26 erfahren Strahlen Rl, R2, die die Auskoppelstruktur 4 durchlaufen, lediglich einen Parallelversatz. Weiterhin ist die Auskoppelstruktur 4, entlang der Hauptlichtleitrichtung x, vergleichsweise schmal. Hierdurch wird nur ein sehr kleinen Strahlungsanteil an der Rückseite 3 emittiert, so dass eine effiziente Auskopplung der Strahlung an der Strahlungsauskoppelseite 2 und eine hohe Lichtleiteffizienz gewährleistbar ist.
Bei der Abwandlung des Flächenlichtleiters gemäß Figur 27 für eine Beleuchtungseinrichtung sind, in einer Seitenansicht gesehen, alle Begrenzungsflächen des Auskoppelelements 14 parallel oder senkrecht zu der Strahlungsauskoppelseite 2 ausgerichtet. Das Auskoppelelement 14 ist im Querschnitt U- förmig. Abmessungen des Auskoppelelements 14 sowie des
Flächenlichtleiters sind bevorzugt so, wie in Verbindung mit Figur 2 und Figur 13 beschrieben.
Die hier beschriebene 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 selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 019 051.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Flächenlichtleiter (1) mit
- einem Grundkörper (23) mit einer Rückseite (3) und mit einer dieser gegenüberliegenden
Strahlungsauskoppelseite (2),
- einer Hauptlichtleitrichtung (x) parallel zur
Strahlungsauskoppelseite (2),
- zumindest einer Vielzahl von gleichartig geformten und gleich orientierten Auskoppelstrukturen (4), die an mindestens einer der Hauptseiten (2, 3) gebildet sind, und
- mindestens einer Strukturhauptfläche (40) je
Auskoppelstruktur (4),
wobei eine winkelabhängige Abstrahlcharakteristik (I), in einer ersten Ebene parallel zur
Hauptlichtleitrichtung (x) und senkrecht zur
Strahlungsauskoppelseite (2), asymmetrisch ausgebildet ist . 2. Flächenlichtleiter (1) nach dem vorhergehenden
Anspruch,
bei dem eine Fläche (45) der Auskoppelstrukturen (4), die entlang der Hauptlichtleitrichtung (x) der
Strukturhauptfläche (40) vorangeht, mit einer Toleranz von höchstens 10° senkrecht zu der
Hauptlichtleitrichtung orientiert ist, oder
bei der die Strukturhauptfläche (40), mit einer
Toleranz von höchstens 10°, parallel zu einer der Strukturhauptfläche (40) gegenüberliegenden
Strukturrückseite (45) orientiert ist. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
der einen durch ein Material des Grundkörpers (23) bedingten Totalreflexionswinkel α aufweist,
und bei dem die winkelabhängige Abstrahlcharakteristi (I), in einer zweiten Ebene senkrecht zur
Hauptlichtleitrichtung (x) und zur
Strahlungsauskoppelseite (2), mit einer Toleranz von höchstens 25 % der maximalen Lichtstärke (Imax), die Abstrahlcharakteristik eines Lambert ' sehen Strahlers ist,
wobei eine Richtung (V) , in der eine maximale
Lichtstärke (Imax) emittiert wird, in einem
Winkelbereich zwischen einschließlich -30° und +60° liegt, bezogen auf ein Lot (z) zur
Strahlungsauskoppelseite (2), und die
Auskoppelstrukturen (4) als Ausnehmungen oder als Erhebungen an der Hauptseite (2, 3) ausgeformt sind, wobei die Strukturhauptfläche (40) zu einer
Totalreflexion eines in dem Flächenlichtleiter (1) geführten Strahlungsanteils eingerichtet ist,
und wobei die Richtung (V) maximaler Lichtstärke (Imax durch einen mittleren Winkel ß zwischen der
Strukturhauptfläche (40) und der Rückseite (3) vorgegeben ist und 0 -S sin| a-ß | 0,6 ist.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Auskoppelstrukturen (4) durch Ausnehmunge an der Rückseite (3) gebildet sind und bei dem die je genau eine Strukturhauptfläche (40) der
Auskoppelstrukturen (4) genau einer
Strahlungseintrittsseite (5) des Grundkörpers (23) zugewandt ist,
wobei der Flächenlichtleiter (1) genau eine
Hauptlichtleitrichtung (x) aufweist und gilt:
α - 6° < ß < 93°- α und/oder α + 3° > ß > 86°- <x.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturrückseite (45) planar geformt und nicht dazu eingerichtet ist, eine im Flächenlichtleiter
(1) geleitete Strahlung derart umzulenken, dass diese unmittelbar nach Reflexion an der Strukturrückseite
(45) aus dem Grundkörper (23) auskoppelbar ist.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturhauptfläche (40) dazu eingerichtet ist, eine im Flächenlichtleiter (1) geführte Strahlung, die unter Einfallswinkeln (ε) kleiner als der
Totalreflexionswinkel α auf die Strukturhauptfläche (40) trifft, zu transmittieren,
wobei die Strukturrückseite (45) dazu eingerichtet ist, dass mindestens ein Teil der durch die
Strukturhauptfläche (40) transmittierten Strahlung die Strukturrückseite (45) durchläuft und in den
Grundkörper (23) gelangt.
Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturhauptfläche (40) der
Auskoppelstrukturen (4) entlang der
Hauptlichtleitrichtung (x) mit der Strukturrückseite (45) über eine Rundung (42) verbunden ist, wobei die Rundung (42) eine mittlere Krümmung (Kl) zwischen einschließlich 5 mm-1 und 100 mm-1 aufweist.
8. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine mittlere Krümmung (K5, K6) der
Strukturhauptfläche (40) je höchstens 1 mm-1 beträgt.
9. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Auskoppelstrukturen (4), in einem
Querschnitt parallel zur ersten Ebene, sägezahnartig oder schlitzartig geformt sind,
wobei die Auskoppelstrukturen (4) eine rechteckartige oder quadratartige Grundfläche aufweisen und die
Strukturhauptflächen (40) je eine Fläche zwischen einschließlich 0,07 mm^ und 2,0 mm^ aufweisen.
10. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Strukturhauptflächen (40) jeweils mit einer Aufrauung (6) versehen sind,
wobei die Aufrauung (5) dazu eingerichtet ist,
zumindest einen Teil einer an den Strukturhauptflächen (40) reflektierten Strahlung diffus zu reflektieren.
11. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem an den Strukturhauptflächen (40) der
Auskoppelstrukturen (4) in lateraler Richtung je mindestens eine Fase (48) geformt ist.
12. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem entlang der Hauptlichtleitrichtung x, in
Draufsicht auf die Strahlungsauskoppelseite (2), eine Anzahl n der Auskoppelstrukturen (4) pro Längeneinheit, mit einer Toleranz von höchstens 40 % einer maximalen Anzahl pro Flächeneinheit, dem Zusammenhang folgt:
n (x) = n0 / (1 - n0 x) ,
wobei nQ eine Anzahl der Auskoppelstrukturen (4) pro Längeneinheit an der Strahlungseintrittsseite (5) ist.
13. Flächenlichtleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
der dazu eingerichtet ist, eine Strahlung über
Totalreflexion zu führen,
und der frei ist von zu einer Strahlungsführung
eingerichteten Spiegeln an der Rückseite (3) des
Grundkörpers (23) .
14. Beleuchtungseinrichtung (100) mit
- mindestens einem Flächenlichtlichtleiter (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und
- mindestens einer elektrisch betreibbaren Lichtquelle (6), die an zumindest einer Strahlungseintrittsseite
(5) des Grundkörpers (23) des Flächenlichtleiters (1) angebracht ist.
15. Beleuchtungseinrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
die mehrere Lichtquellen (6), die durch Leuchtdioden gebildet sind, umfasst,
und die einen Diffusor (7) an der
Strahlungsauskoppelseite (2) umfasst,
wobei der Diffusor (7) dazu eingerichtet ist, eine Abstrahlcharakteristik des Flächenlichtleiters (1) um höchstens 20 % der maximalen Lichtstärke (Imax) zu ändern,
und wobei die Beleuchtungseinrichtung (100) frei ist von Blenden oder Abschattfolien, die zu einer
Abschattung von im Betrieb emittierter Strahlung und/oder zu einer Einstellung der winkelabhängigen
Abstrahlcharakteristik (I) einer emittierten Strahlung eingerichtet sind.
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