WO2012052432A2 - Leuchtvorrichtung zur flächigen lichtabstrahlung - Google Patents

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WO2012052432A2
WO2012052432A2 PCT/EP2011/068182 EP2011068182W WO2012052432A2 WO 2012052432 A2 WO2012052432 A2 WO 2012052432A2 EP 2011068182 W EP2011068182 W EP 2011068182W WO 2012052432 A2 WO2012052432 A2 WO 2012052432A2
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light source
led
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Arnulf Rupp
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Osram Ag
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    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device with light guide for surface light emission.
  • a device of this type comprising a light-conducting body with coupling-out points for coupling the radiation from the light-conducting body, wherein the coupling-out points are applied to a voltage applied to the surface of the light guide film.
  • the decoupling sites may further include dyes to achieve a desired color spectrum of the emitted light.
  • German Offenlegungsschrift DE 10336352 A1 describes a light guide and a method for producing scattered light structures on flat light guides.
  • the scattered light structures which are applied directly to the light guide in a non-impact method, light for visualization of the scattered light structures can be coupled.
  • Luminous device for flat light emission a planar light guide with light conversion material and with at least a light output surface and a light emitted with a first prospectus ⁇ eral characteristic light source, wherein the light source is arranged with respect to the light guide such that the light emitted from the light source enter the light guide and excite the light conversion material to TERMS ⁇ on a secondary radiation can ,
  • the light emerging from the optical waveguide through the decoupling surface exhibits a different spectral characteristic compared to the light coupled into the optical waveguide and can be perceived as substantially planar illumination.
  • a planar light emission or light emission surface is particularly present when the Lichtab ⁇ beam area large relative to the surface of the light sources, in particular more than 10 times larger.
  • the resulting light exiting from the light guide can be affected by a suitable choice of the light source, the conversion ⁇ material and the geometrical arrangement such that a desired spatio-spectral Lichtvertei ⁇ development is achieved.
  • an LED is used as the light source. Its compactness and high efficiency LEDs are particularly well suited for compact or sur fa ⁇ CHIGE constructions with low height.
  • the light source is a blue or white light emitting LED, in particular based on a II IV semiconductor. These LEDs distinguishes high effi ciency ⁇ and they are by the short-wave radiation in a position to excite different luminescent substances.
  • the conversion material of the light guide can be brought to simp ⁇ che way to excitation and subsequent emission of se- ondary radiation.
  • a UV LED is used as the light source. This has the advantage that the primary radiation to the human eye is not true ⁇ detachable, whereby a particularly homogeneous lights in the visible spectrum can be obtained.
  • Light conversion material distributed spatially within the light guide results in a spatial illumination of the light guide and on the other hand, the light conversion material is better protected against external mechanical and / or chemical influences.
  • Leuchtvor- direction of the light conversion material is applied two-dimensionally on the light output surface ⁇ .
  • Lighting device can lead.
  • the characteristics of the lighting device can be subsequently influenced by the surface application of the light conversion substance on the outer surface. This can be done particularly advantageously by means of screen printing, since this represents a simple and cost-effective method in which areas can also be selectively coated or released.
  • a lighting device in which the optical waveguide has a decoupling structure on the light output surface is preferred.
  • the decoupling structure can be advantageously applied by screen printing.
  • a lighting device in which the optical waveguide has embedded scattering centers is preferred.
  • the homogeneity of the lighting can be further increased and the spatial lighting can be favorably influenced.
  • the color location of the light emitted by the light conversion material in the CIE color diagram is within a quadrilateral defined by the coordinates (0.42, 0.42), (0.512, 0.487), (0.416, 0.583), and (0.36 0.48) in particular by the coordinates (0.425, 0.44), (0.512, 0.487), (0.416, 0.583) and (0.38, 0.48) is spanned.
  • the lighting device has a further light source emitting in the red spectral range.
  • This can advantageously influence for example the color ⁇ temperature and color rendering index of the resulting white light.
  • the color temperature of the white light is reduced in general, which is often perceived by the human eye as a pleasant.
  • this affects the color rendering in such a way that the corresponding red color can appear better in the objects illuminated with this light.
  • the conversion substance is arranged so that the light of at least two LEDs of the same type, in particular blue LEDs, is converted in different proportions.
  • the light of at least one of these LEDs can not be converted almost completely. This makes it possible to increase the proportion of light in the unconverted light, that is, to set a colder light color, for example, by means of an increased blue component.
  • the side surface of the light guide is designed as a light coupling surface, which makes a particularly low overall height of the lighting device ⁇ light.
  • the lower surface of the light guide opposite the light output surface can be designed as a light-coupling surface. This arrangement is particularly advantageous if you want to achieve higher luminance in large light ⁇ devices.
  • the light guide on the light-coupling surface has at least one recess for at ⁇ acquisition of the light source. As a result, it is possible to achieve a reduction in the light scattered in the space outside the light guide and an improved light coupling into the light guide.
  • the light emitting device at least one embedded in the light guide light source aufwei ⁇ sen, which can be particularly advantageous for the coupling of the from the light source emit light ⁇ oriented in the light guide.
  • an air gap in the optical interface between the light source and the light guide vermie ⁇ which may result in an improved light coupling into the light guide.
  • the light source is embedded in the light guide by means of an embedding compound. Since ⁇ by the coupling of the light emitted from the light source is further improved in the light guide.
  • the refractive index of the embedding compound is particularly advantageously chosen so that total reflection at the interfaces of light source and embedding compound and of embedding compound and light conductor is avoided.
  • the refractive indices n E of the investment, n Q of the light source and n L of the light guide so the following holds: n Q ⁇ n E ⁇ n L. It may also be advantageous if the investment contains at least one conversion substance.
  • the lighting device has a conversion zone with an increased concentration of the light conversion substance.
  • This zone with increased concentration of Lichtkonversions ⁇ substance may lead to an increased selective light conversion of light emitted from this LED in the vicinity of an LED, whereby the luminous properties of the lighting device can be additionally advantageously influenced.
  • such zones with increased phosphor concentration can be provided in the vicinity of LEDs with shorter emission wavelengths, which can lead to increased selective light conversion of the light emitted from these LEDs, while that from the LEDs with longer emission wavelengths emitted (as in the case of a red LED) light can spread beauge ⁇ starting freely in the light guide.
  • the conversion substance advantageously be provided as a function of distance from the to convert light source, so that in the vicinity of the light source, a higher proportion of light emanating from the source light is converted as at some distance therefrom.
  • the radiation behavior of the lighting device can be advantageously influenced.
  • the concentration of the scattering centers in dependence on the distance from the light sources, in particular from the Lichtquel ⁇ len whose light is at least partially converted by means of the conversion ⁇ substance increases.
  • the lighting device additionally has at least one optical element which is provided for influencing the emission characteristic of the lighting device.
  • an optical element for example, an at least partially embedded in the Lichtlei ⁇ ter optical element can be provided.
  • the optical element may be formed as an at least partially ductes by ⁇ , as a transparent or optical as a lichtun ⁇ permeable element and / or diffractive and / or refractive properties aufwei ⁇ sen. With suitable positioning or dimensioning of the optical element with respect to the LED, a glare of the LED or a further homogenization of the radiation can be achieved.
  • Fig. 2 shows a schematic cross section through a
  • Fig. 3 shows a schematic cross section through a
  • Fig. 4 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through a fifth embodiment of a lighting device according to the invention
  • Fig. 6 shows a schematic cross section through a
  • Fig. 7 shows a schematic cross section through a
  • Fig. 8 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 10 shows a schematic cross section in the plane of the light guide through the exemplary embodiment of the lighting device according to FIG. 9 having the invention.
  • FIG. 11 shows an embodiment of the invention with outcoupling structures 9 according to FIG. Fig. 2 in plan view.
  • Fig. 12 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 13 shows in a schematic sectional representation the concentration distribution of scattering centers
  • FIG. 14 shows a cross section through a further lighting device according to the invention, which is designed analogously to the example shown in FIG. 7 in the form of a planar light guide.
  • Fig. 1 shows a cross section through a lighting device 1 according to the invention, in the form of a planar light guide
  • planar light guide 2 is formed and which has an upper surface 3, a side surface ⁇ 4 and a lower surface 5.
  • the planar light guide 2 is with its lower surface 5 on a
  • Base plate 8 attached. Further, the light guide 2 on the lower surface 5 recesses 6 for receiving LEDs 7, in which protrude the mounted on the base plate 8 LEDs 7.
  • the light guide 2 expediently contains a permeable to the opti ⁇ cal radiation material.
  • the light guide 2 contains glass or a plastic material such as polymethylmethacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC).
  • the optical fiber may consist essentially of one of these materials.
  • the light guide 2 has in its interior a light conversion substance which can interact with the light emitted from the LEDs 7.
  • the conversion material is substantially uniformly in the form of small particles in the overall volume of the light guide 2 is distributed. This interaction can lead to scattering, absorption, and secondary emission, resulting in a spatially distributed
  • Luminaires of the light guide can come.
  • the light inside the light guide can pass over the top surface
  • one or more suitable luminescent materials may be used, in particular orthosilicates (such as Sr 2 SiO 4 (Eu 2+)), garnets (such as yttrium aluminum garnet activated with Ce -). Y3 (Al, Si) 5012 (Ce3 +)), nitrides (such as Ba2Si5N8 (Eu2 +)) or oxynitrides (such as SrSi202N2 (Eu2 +)).
  • orthosilicates such as Sr 2 SiO 4 (Eu 2+)
  • garnets such as yttrium aluminum garnet activated with Ce -.
  • nitrides such as Ba2Si5N8 (Eu2 +)
  • oxynitrides such as SrSi202N2 (Eu2 +)
  • the base plate 8 may have on the side facing the optical fiber side or unhoused LED and driver circuits for operating the LED. Furthermore, the base plate can be designed as a printed circuit board (PCB) or metal core PCB (MCPCB), which can be particularly advantageous for the heat dissipation from the LED 7 or from the driver circuit. Optionally, an adhesion layer between the base plate 8 and the light guide 2 may be provided.
  • the base plate 8 may have a base made of a light-transmissive material to allow the illumination through the base plate 8 therethrough.
  • the base plate may have a side or bottom mirroring and / or a highly reflective layer on the side facing the light guide.
  • Fig. 2 shows a lighting device as Fig.l, but with additional coupling-out structures 9, which are mounted on the upper surface 3.
  • the Lichtlei ⁇ ter 2 in its interior to a light conversion substance, which is distributed in the form of small particles largely uniformly inPolvo ⁇ lumen of the light guide 2.
  • the coupling-out 9 may be formed as unevenness of the upper surface of the light guide 3 in the form of notches or Grüb ⁇ chen or elevations.
  • the coupling-out structures 9 can be applied from the outside to the light guide 2, for example by screen printing.
  • the coupling-out structures can lead to improved light extraction by suppression of the total internal reflection at the light output surface.
  • Fig. 3 shows a lighting device 1 as shown in FIG. 1, but with additional optical elements 10 inside the
  • Fiber optic 2 are embedded.
  • an opaque or wholly or partially translucent diaphragm can be used, which is dimensioned such and positio ⁇ ned in relation to the LED that uneven, such as blotchy lighting of the lighting device 1, due to the spatially discrete distribution of the LEDs. 7 , can be avoided or reduced.
  • the optical element 10 may be in the form of a lens, preferably in the form of a diffusing lens.
  • the lateral dimension D of the optical element 10 is preferably greater than the lateral dimension d of the recess 6 and less than half the distance L between two neighboring LEDs 7 before ⁇ , d ⁇ D ⁇ L, especially (d + h) ⁇ D ⁇ L / 2, where h represents the depth of the recess 6.
  • FIG. 4 shows the lighting device 1 with the coupling-out structures 9 according to FIG. 2 and with optical elements 10 according to FIG. 3.
  • the size or the area density of the coupling-out structures 9 can be selected in this way and to the arrangement of the LED 7 and the optical elements 10 be adapted so that a particularly uniform luminance distribution is achieved on the light output surface of the lighting device.
  • the area density of the coupling-out structures can have a spatial correlation with the LED arrangement.
  • the density of the coupling-out structures near an LED may decrease and increase away from the LED.
  • the areas between the LEDs 7 the area density of the coupling-out structures 9 can be selected in this way and to the arrangement of the LED 7 and the optical elements 10 be adapted so that a particularly uniform luminance distribution is achieved on the light output surface of the lighting device.
  • the area density of the coupling-out structures can have a spatial correlation with the LED arrangement.
  • the density of the coupling-out structures near an LED may decrease and increase away from the LED.
  • the areas between the LEDs 7
  • Luminosity of the light guide 2 can be increased.
  • FIG. 5 shows a lighting device 1 according to FIG. 1 with additional scattering centers 11 embedded in the light guide 2.
  • the scattering centers 11 can be in the form of scattering particles
  • the size of the particles being and bubbles and their spatial distribution can be chosen differently from case to case.
  • the size of the particles or bubbles may be less than or equal to 1 mm in the range.
  • nano-particles can be used as scattering centers.
  • the size of nano-particles is preferably less than 100 nm.
  • the wavelength dependency of the light scattering (for example by Rayleigh scattering) can advantageously be exploited.
  • the short-wave UV radiation or blaue- undergo more scattering than the radiation at longer wavelengths, such as in particular emit ⁇ struck by the light conversion material secondary radiation or emit ⁇ oriented long-wave radiation from a red LED.
  • the short-wave blue or UV radiation is scattered more strongly in the interior of the light guide, so this radiation can better contribute to the uniform excitation of the conversion substance.
  • the scattering centers are distributed differently depending on the LED arrangement.
  • the density of the scattering centering ⁇ ren may range from 400 to 40,000 particles per cubic centimeter, particularly preferably between 500 and 5000 particles per cubic centimeter.
  • Fig. 6 shows an embodiment of the invention
  • Luminous device 1 with the upper layer 12 may be in the form of a thermomechanically coated-transparent film or laminated transparent
  • the upper layer 12 has a smooth surface.
  • the upper layer 12 may be formed as a protective layer for protecting the upper surface 3 of the light guide 2 against external influences.
  • the upper layer 12 may be formed as an optical film having nano- or microstructures, in order to len len the desired light in a desired manner ⁇ ken.
  • these nano- or microstructures in the form of linear asymmetric prisms for anisotropic radiation which can be of advantage in concrete applications, for example as a deterrent measure.
  • the layer 12 can be constructed from individual layer components, that is, for example, a microstructured optical film and a protective layer.
  • Fig. 7 shows an embodiment of the invention
  • Luminous device 1 with a conversion layer 13 has light conversion material and serves to convert the light emitted by the LED 7 light.
  • the conversion layer 13 is located within the Lichtlei ⁇ age . It may be a part of the light guide 2 or be purchasedbil ⁇ det as a separate layer within a sandwich structure. Alternatively or additionally, the conversion layer 13 may lie on the upper surface 3 of the light guide 2 and thus form an outer surface of the lighting device 1.
  • the solid conversion layer 13, as shown in Fig. 7, is particularly advantageous if UV-LEDs are used as the light source 7 and a leakage of the skull ston ⁇ union UV radiation is to be avoided.
  • the conversion layer can for example be ⁇ also introduced by screen printing.
  • FIG. 8 shows a cross section through a lighting device 1 according to the invention, in which the light conversion substance is located in conversion zones 14.
  • the conversion zones 14 are arranged only in the vicinity of certain LEDs 7a.
  • the Kon ⁇ version zones 17 are in the vicinity of short-wave radiation emitting LEDs 7a, while the light longer-wave (red) LEDs 7b directly - ie unimpeded - in the light guide 2 ge ⁇ long. As a result, a particularly efficient mixed light source can be realized.
  • FIG 9 shows a cross section through a lighting device 1 according to the invention with lateral light coupling.
  • the Lighting device 1 has on the opposite sides of the light guide 2, two side plates 15 with LEDs 7.
  • the side plates 15 may have housed or unhoused LEDs and driver circuits for operating the LED on the sides facing the light guide. Furthermore, the side plates can be designed as Printed Cicuit Board (PCB) or Metal Core PCB (MCPCB), which can be particularly advantageous for the heat dissipation from the LED 7 or from a driver circuit. Optionally, an adhesion layer Zvi ⁇ rule of the side plate 15 may be provided and the light guide. 2
  • the LEDs 7 arranged on the side plates 15 protrude into the recesses 6 in the light guide 2.
  • both the upper surface 3 of the light guide 2 and the lower surface 5 of the Lichtlei ⁇ ters 2 serve as Lichtauskoppel lake.
  • Fig. 10 shows a cross section in plan view through the
  • Dashed lines show equivalence concentration lines 16 of the scattering centers. Scattering particles, which serve here as scattering centers, are not shown in FIG. 10.
  • Equi-concentration lines 16 indicate areas of equal concentration of the scattering centers and thus illustrate a deviation from a homogeneous distribution of the scattering centers. As scattering centers also bubbles or local refractive index fluctuations, caused by local structural modification of the optical fiber material serve. Such Bre ⁇ chung index fluctuations can be caused by means of a focused laser beam, for example, by local heating of the optical fiber.
  • FIG. 11 shows an embodiment of the invention with outcoupling structures 9 according to FIG. Fig. 2 in plan view.
  • the coupling-out structures 9 are not distributed uniformly over the entire surface of the light guide 2 in this example, but have a correlation with the spatial arrangement of LEDs 7. Thus, areas without outcoupling structures can be seen in the edge regions of the light guide 2, in particular in the vicinity of LEDs 7. In comparison to the central region of the light guide 2, these regions can have less dense or less pronounced coupling-out structures 9. With increasing distance from the side wall 4 towards the center of the light guide 2, the Auskoppelstruktu ⁇ ren in their distribution become more homogeneous. In this case, the surface density of the coupling-out structures 9 can increase.
  • FIG. 12 shows a cross section through a lighting device 1 according to the invention, in which, analogously to FIG. 8, the light conversion substance is located in conversion zones 14. Also in this embodiment, the conversion zones 14 are arranged only in the vicinity of certain (ie surrounded by conversion substance) LEDs 7a.
  • the Kon ⁇ version zones 17 are in the vicinity of short-wave radiation emitting LEDs 7c, while the light longer-wave (red) LEDs 7b directly - ie unimpeded - can get into the light guide 2.
  • some of the short-wave radiation emitting LEDs 7d are not surrounded by conversion substance, so that unimpeded radiation can take place.
  • the short wavelength radiation emitting LEDs 7c are all from moving ⁇ chen type, regardless of whether it from surrounding conversion substance ⁇ ne LEDs 7a or not surrounded by conversion substance LEDs are independent 7d. In what number or in what ratio the different LEDs are used, depends on the desired color temperature. If the different LEDs 7a, 7b, 7d can be controlled separately, the color and / or the color temperature of the lighting device can be set particularly well.
  • Fig. 13 shows in a schematic sectional representation of the image concentration distribution of scattering centers and c s c K of conversion material on the path s for another execution ⁇ of the invention.
  • concentration c K of conversion substance which acts also scatter light, their Ma ⁇ ximum and decreases to a minimum, which is located between two LEDs, linearly.
  • concentration of scattering centers in the field of LED ⁇ has its minimum and intermediate reaches the maximum.
  • a particularly effective from ⁇ couple coupling is achieved by light because the scattering effect of the conversion substance is used and thus saves scattering centers and / or light losses can be avoided.
  • the maxi ma and / or minima can the concentrations c s and Ck differed ⁇ Lich are high.
  • the position of the minima and / or maxima does not necessarily have to be chosen exactly between the LED or with the LED.
  • Fig. 14 shows a cross section through a further OF INVENTION ⁇ dung contemporary light-emitting device 1, which is formed analogously to the example shown in Figure 7 example in the form of a planar optical waveguide 2 and which has a top surface 3, a soflä ⁇ surface 4 and a lower surface 5 ,
  • the plane Optical fiber 2 has on the lower surface 5 recesses 6 for receiving LEDs 7.
  • the LEDs 7 are embedded directly in the light guide 8 by means of an embedding compound 18. Thereby, the coupling of the from the light source emit light oriented ⁇ is further improved in the light guide 2, and it can be dispensed onto the base plate.
  • the refractive ⁇ index n e of the investment material 18 is that Totalrefle ⁇ xion is avoided at the boundary surfaces of LED 7, and the investment material 18 as well as by investment material 18 and light guide 2, that is, the refractive indices n e of the investment material 18 n, Q of the LED and chosen n L of the optical fiber 2 are chosen such that: n Q ⁇ n E ⁇ n L.
  • the optical waveguide 2 expediently contains a material permeable to the optical radiation.
  • the light guide 2 contains glass or a plastic material such as polymethylmethacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC).
  • the optical fiber may consist essentially of one of these materials. Due to the lack of base plate for heat dissipation is here in particular a good thermal conductivity
  • the embedding mass 18 should also have good thermal conductivity.
  • the conversion layer 13 has light conversion substance and serves to convert the light emitted by the LED 7.
  • the conversion layer 13 is located within the light ⁇ conductor. It may be to be a part of the light guide 2 or as a separate layer within a sandwich structure being formed ⁇ . Alternatively or additionally, the conversion layer 13 may lie on the upper surface 3 of the light guide 2 and thus form an outer surface of the lighting device 1. Also, the encapsulant 18 may th a conversion substance contained.
  • the conversion layer 13 may be applied by means of screen ⁇ pressure, as is generally advantageous within the scope of the invention both CONVERSION and diffusing layers with- can be applied by means of this method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung (1) mit einer flächigen Lichtabstrahl-Charakteristik, aufweisend einen flächigen Lichtleiter (2) mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche und mit mindestens einer Lichtauskoppelfläche (3) sowie eine mit einer ersten spektralen Charakteristik emittierende Lichtquelle (7), wobei die Lichtquelle (7) in Bezug auf den Lichtleiter (2) derart angeordnet ist, dass aus der Lichtquelle (7) emittiertes Licht in den Lichtleiter (2) über die Lichteinkoppelfläche einkoppeln kann. Der Lichtleiter weist einen Lichtkonversionsstoff auf, der durch das Licht der ersten Lichtquelle zur Emission einer sekundären Strahlung anregbar ist.

Description

Beschreibung
Leuchtvorrichtung zur flächigen Lichtabstrahlung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit Lichtleiter zur flächigen Lichtabstrahlung.
Aus der US 20080151554A1 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, die einen Licht leitenden Körper mit Auskoppelstellen zur Auskopplung der Strahlung aus dem Licht leitenden Körper aufweist, wobei die Auskoppelstellen auf einer auf der Oberfläche des Lichtleiters anliegenden Folie aufgebracht sind. Die Auskoppelstellen können ferner Farbstoffe beinhalten, um ein gewünschtes Farbspektrum des abgestrahlten Lichts zu er- zielen.
Ferner ist in der Offenlegungsschrift DE 10336352 AI ein Lichtleiter und ein Verfahren zur Herstellung von Streulichtstrukturen an flächigen Lichtleitern beschrieben. In die Streulichtstrukturen, welche in einem Non-Impact-Verfahren direkt auf den Lichtleiter aufgebracht sind, kann Licht zur Sichtbarmachung der Streulichtstrukturen eingekoppelt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach her- zustellende Leuchtvorrichtung zur flächigen Lichtabstrahlung mit hoher Effizienz und erhöhter Zuverlässigkeit sowie mit der Möglichkeit der Farbmischung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Lichtleiter gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Leuchtvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einer der ersten Variante der Erfindung weist eine
Leuchtvorrichtung zu flächiger Lichtabstrahlung einen flächigen Lichtleiter mit Lichtkonversionsstoff und mit mindestens einer Lichtauskoppelfläche sowie eine mit einer ersten spekt¬ ralen Charakteristik emittierten Lichtquelle auf, wobei die Lichtquelle in Bezug auf den Lichtleiter derart angeordnet ist, dass das aus der Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtleiter gelangen und den Lichtkonversionsstoff zu Emissi¬ on einer sekundären Strahlung anregen kann. Dabei zeigt das aus dem Lichtleiter durch die Auskoppelfläche austretende Licht eine im Vergleich zu dem in den Lichtleiter eingekoppelten Licht unterschiedliche spektrale Charakteristik und ist als im Wesentlichen flächiges Leuchten wahrnehmbar.
Eine flächige Lichtabstrahlung bzw. flächige Lichtabstrahlcharakteristik liegt insbesondere dann vor, wenn die Lichtab¬ strahlfläche im Verhältnis zur Fläche der Lichtquellen groß, insbesondere mehr als 10 mal größer ist.
Das resultierende aus dem Lichtleiter austretende Licht kann durch die geeignete Wahl der Lichtquelle, des Konversions¬ stoffs und der geometrischen Anordnung derart beeinflusst werden, dass eine gewünschte räumlich-spektrale Lichtvertei¬ lung erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine LED als Lichtquelle eingesetzt. Durch ihre Kompaktheit und hohe Effizienz sind LEDs besonders gut für kompakte bzw. flä¬ chige aufbauten mit geringer Höhe geeignet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle eine blaues oder weißes Licht emittierende LED, insbesondere auf Basis eines I I I-V-Halbleiters . Diese LEDs zeichnet hohe Effi¬ zienz aus und sie sind durch die kurzwellige Strahlung in der Lage, verschiedene Lumineszenzstoffe anzuregen. Auf diese weise, kann der Konversionsstoff des Lichtleiters auf einfa¬ che Weise zu Anregung und zu nachfolgender Emission der se- kundären Strahlung gebracht werden. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird eine UV- LED als Lichtquelle eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass die primäre Strahlung für das menschliche Auge nicht wahr¬ nehmbar ist, wodurch ein besonders homogenes Leuchten im sichtbaren Spektrum erzielt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der
Lichtkonversionsstoff innerhalb des Lichtleiters räumlich verteilt. Das ergibt einerseits ein räumliches Leuchten des Lichtleiters und andererseits ist der Lichtkonversionsstoff vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen besser geschützt.
In einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Leuchtvor- richtung ist der Lichtkonversionsstoff flächig auf der Licht¬ auskoppelfläche aufgetragen. Dadurch kann der Abstand zwischen dem Lichtkonversionsstoff und der Lichtquelle erhöht werden, was zu einer Reduzierung der möglichen durch die Lichtquelle verursachten Degradation des Lichtkonversions- Stoffes und somit zu einer Erhöhung der Lebensdauer der
Leuchtvorrichtung führen kann. Durch die flächige Auftragung des Lichtkonversionsstoffs auf der Außenfläche kann außerdem die Charakteristik der Leuchtvorrichtung nachträglich beein- flusst werden. Besonders vorteilhaft kann dies mittels Sieb- druck vorgenommen werden, da dies ein einfaches und kostengünstiges Verfahren darstellt, bei dem auch selektiv Bereiche beschichtet bzw. freigelassen werden können.
Bevorzugt wird weiterhin eine Leuchtvorrichtung, in der der Lichtleiter eine Auskoppelstuktur auf der Lichtauskoppelfläche aufweist. Dadurch kann die Homogenität des Leuchtens und die Effizienz der Lichtauskopplung erhöht werden. Auch die Auskoppelstruktur kann vorteilhaft mittels Siebdruck aufgebracht werden.
Bevorzugt wird insbesondere eine Leuchtvorrichtung, in der der Lichtleiter eingebettete Streuzentren aufweist. Dadurch kann die Homogenität des Leuchtens weiter erhöht und das räumliche Leuchten vorteilhaft beeinflusst werden.
In einer vorteilhaften Ausführung liegt der Farbort des vom Lichtkonversionsstoff emittierten Lichtes im CIE-Farbdiagramm innerhalb eines Vierecks, das durch die Koordinaten (0,42; 0,42), (0,512; 0,487), (0,416; 0,583) und (0,36; 0,48) insbesondere durch die Koordinaten (0,425; 0,44), (0,512; 0,487), (0,416; 0,583) und (0,38; 0,48) aufgespannt ist. In Kombina- tion mit einer blauen LED ergibt dies eine vorteilhafte Spek¬ trumsaufweitung des aus dem Lichtleiter austretenden Lichtes, sodass es als im Wesentlichen weißes Licht wahrnehmbar ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Leucht- Vorrichtung eine weitere, im roten Spektralbereich emittierende Lichtquelle auf. Dadurch kann beispielsweise die Farb¬ temperatur und der Farbwiedergabeindex des resultierenden weißen Lichts vorteilhaft beeinflusst werden. Mit der Erhö¬ hung des roten Anteils im weißen Licht wird im Allgemeinen die Farbtemperatur des weißen Lichts herabgesetzt, was durch das menschliche Auge oftmals als angenehmen empfunden wird. Außerdem wird dadurch die Farbwiedergabe derart beeinflusst, dass die entsprechende rote Farbe bei den mit diesem Licht beleuchteten Gegenständen besser zum Vorschein treten kann.
Es kann auch von Vorteil sein, wenn der Konversionsstoff so angeordnet ist, dass das Licht mindestens zweier LEDs des gleichen Typs, insbesondere blauer LEDs, in unterschiedlichen Anteilen konvertiert wird. Insbesondere kann das Licht min- destens einer dieser LED annähernd gar nicht konvertiert sein. Dies ermöglicht es, den Lichtanteil des unkonvertierten Lichts zu erhöhen, also beispielsweise durch einen erhöhten Blauanteil eine kältere Lichtfarbe einzustellen. Auch die leichten Unterschiede zwischen einzelnen LEDs gleichen Typs, die durch das sog. Binning zu reduzieren versucht werden, wirken sich bei einer derartigen Ausführung geringer aus. Bei geeigneter elektrischer Steuerung/Regelung der LEDs kann somit sowohl Helligkeit als auch Farbtemperatur und der Farb- wiedergabeindex des aus der Leuchtvorrichtung emittierten Lichtes eingestellt werden.
In einer bevorzugten Aus führungs form ist die Seitenfläche des Lichtleiters als Lichteinkoppelfläche ausgebildet, was eine besonders geringe Gesamthöhe der Leuchtvorrichtung ermög¬ licht. Alternativ oder zusätzlich kann die der Lichtauskop- pelfläche gegenüberliegende untere Fläche des Lichtleiters als Lichteinkoppelfläche ausgebildet sein. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn man bei großflächigen Leucht¬ vorrichtungen höhere Leuchtdichten erreichen will. In einer weiteren Aus führungs form weist der Lichtleiter auf der Lichteinkoppelfläche mindestens eine Ausnehmung zur Auf¬ nahme der Lichtquelle auf. Dadurch kann eine Verringerung des in den Raum außerhalb des Lichtleiters gestreuten Lichtes und eine verbesserte Lichteinkopplung in den Lichtleiter erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Leuchtvorrichtung mindestens eine in dem Lichtleiter eingebettete Lichtquelle aufwei¬ sen, was für die Einkopplung des aus der Lichtquelle emit¬ tierten Lichtes in den Lichtleiter besonders vorteilhaft sein kann. Dadurch wird eine Luftstrecke in der optischen Schnittstelle zwischen der Lichtquelle und dem Lichtleiter vermie¬ den, was zu einer verbesserten Lichteinkopplung in den Lichtleiter führen kann.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Lichtquelle in dem Lichtleiter mittels einer Einbettmasse eingebettet ist. Da¬ durch wird die Einkopplung des aus der Lichtquelle emittierten Lichtes in den Lichtleiter weiter verbessert. Besonders vorteilhaft ist dabei der Brechungsindex der Einbettmasse so gewählt, dass Totalreflexion an den Grenzflächen von Licht- quelle und Einbettmasse sowie von Einbettmasse und Lichtlei¬ ter vermieden wird. Dazu werden die Brechungsindizes nE der Einbettmasse, nQ der Lichtquelle und nL des Lichtleiters so gewählt dass gilt: nQ < nE < nL. Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn die Einbettmasse mindestens einen Konversionsstoff enthält .
Vorteilhaft weist die Leuchtvorrichtung eine Konversionszone mit erhöhter Konzentration des Lichtkonversionsstoffes auf. Diese Zone mit erhöhter Konzentration des Lichtkonversions¬ stoffes kann in der Nähe einer LED zu einer verstärkten selektiven Lichtkonversion des aus dieser LED emittierten Lichtes führen, wodurch die Leuchteigenschaften der Leuchtvorrichtung zusätzlich vorteilhaft beeinflusst werden können. So können beispielsweise bei Verwendung mehrerer LEDs als Licht¬ quellen solche Zonen mit erhöhter Leuchtstoffkonzentration in der Nähe von LEDs mit kürzeren Emissionswellenlängen vorgesehen werden, was zu einer verstärkten selektiven Lichtkonversion des aus diesen LEDs emittierten Lichtes führen kann, während das aus den LEDs mit längeren Emissionswellenlängen (wie im Fall einer roten LED) emittierte Licht sich weitge¬ hend ungehindert im Lichtleiter verbreiten kann.
Es kann auch vorteilhafterweise ein bevorzugt lineares Kon¬ zentrationsgefälle des Konversionsstoffs in Abhängigkeit des Abstandes von der zu konvertierenden Lichtquelle vorgesehen sein, so dass in der Nähe der Lichtquelle ein höherer Anteil des von der Quelle ausgehenden Lichts konvertiert wird als in einigem Abstand davon. Dadurch kann das Abstrahlverhalten der Beleuchtungsvorrichtung vorteilhaft beeinflusst werden.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung, bei der die Konzentration der Streuzentren in Abhängigkeit vom Abstand von den Lichtquellen, insbesondere von den Lichtquel¬ len, deren Licht zumindest teilweise mittels des Konversions¬ stoffs konvertiert wird, zunimmt. Insbesondere bei Konversi¬ onsstoff, der in Form von Konversionspartikeln vorliegt und damit ebenfalls eine Lichtstreuung bewirkt, wird eine beson¬ ders homogene Lichtverteilung erzielt. In einer weiteren Aus führungs form der Erfindung weist die Leuchtvorrichtung zusätzlich noch mindestens ein optisches Element auf, das zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung vorgesehen ist. Als optisches Element kann beispielsweise ein zumindest teilweise in dem Lichtlei¬ ter eingebettetes optisches Element vorgesehen werden. Ferner kann das optische Element als ein zumindest teilweise durch¬ sichtiges, als ein lichtdurchlässiges oder als ein lichtun¬ durchlässiges optisches Element ausgebildet sein und/oder lichtbeugende und/oder lichtbrechende Eigenschaften aufwei¬ sen. Bei geeigneter Positionierung bzw. Dimensionierung des optischen Elements in Bezug auf die LED kann eine Entblendung der LED bzw. eine weitere Homogenisierung der Abstrahlung erzielt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung auf weisenden Leuchtvorrichtung,
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung mit zusätzlichen Auskoppelstrukturen,
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
drittes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung,
Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
viertes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung, Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung, Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
sechstes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung,
Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
siebtes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung,
Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
achtes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung,
Fig, t dur
e Erf
eitli
Lichteinkopplung,
Fig. 10 zeigt einen schematischen Querschnitt in der Ebene des Lichtleiters durch das Ausführungsbeispiel der die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung gemäß Fig. 9.
Fig. 11 zeigt eine Aus führungs form der Erfindung mit Auskoppelstrukturen 9 gem. Fig. 2 in Draufsicht. Fig. 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer die Erfindung aufweisenden Leuchtvorrichtung,
Fig. 13 zeigt in einer schematischen Schnittbilddarstellung die Konzentrationsverteilung von Streuzentren und
Konversionsstoff für eine weitere Aus führungs form der Erfindung, Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere erfin- dungsgemäße Leuchtvorrichtung, die analog zu dem in Figur 7 dargestellten Beispiel in Form eines flächigen Lichtleiters ausgebildet ist.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung 1, die in Form eines flächigen Lichtleiters
2 ausgebildet ist und die eine obere Fläche 3, eine Seiten¬ fläche 4 sowie eine untere Fläche 5 aufweist. Der flächige Lichtleiter 2 ist mit seiner unteren Fläche 5 auf einer
Grundplatte 8 angebracht. Ferner weist der Lichtleiter 2 auf der unteren Fläche 5 Ausnehmungen 6 zur Aufnahme von LEDs 7 auf, in denen die auf der Grundplatte 8 angebrachten LEDs 7 hineinragen .
Der Lichtleiter 2 enthält zweckmäßigerweise ein für die opti¬ sche Strahlung durchlässiges Material. Insbesondere enthält der Lichtleiter 2 Glas oder ein Kunststoffmaterial wie Poly- methylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) . Optional kann der Lichtleiter im wesentlichen aus einem dieser Materialien bestehen.
Der Lichtleiter 2 weist in seinem Inneren einen Lichtkonversionsstoff auf, der mit dem aus den LEDs 7 emittierten Licht wechselwirken kann. In diesem Beispiel ist der Konversionsstoff in Form kleiner Partikel weitgehend gleichmäßig im Ge¬ samtvolumen des Lichtleiters 2 verteilt. Diese Wechselwirkung kann zu Streuung, zu Absorption sowie zu einer sekundären Emission führen, sodass es zu einem räumlich verteilten
Leuchten des Lichtleiters kommen kann. Das sich im Inneren des Lichtleiters befindliche Licht kann über die obere Fläche
3 aus dem Lichtleiter 2 austreten.
Als Lichtkonversionsstoff können eine oder mehrere geeignete lumineszierende Materialien verwendet werden, insbesondere Orthosilikate (wie z.B. Sr2Si04 (Eu2+ ) ) , Granate (wie z.B. Yttrium-Aluminium-Granat aktiviert mit Ce - Y3 (AI, Si) 5012 (Ce3+) ) , Nitride (wie z.B. Ba2Si5N8 (Eu2+ ) ) bzw. Oxynitride (wie z.B. SrSi202N2 (Eu2+ ) ) .
Die Grundplatte 8 kann auf der dem Lichtleiter zugewandten Seite gehäuste oder ungehäuste LED sowie Treiber-Schaltungen zum Betreiben der LED aufweisen. Ferner kann die Grundplatte als Printed Circuit Bord (PCB) oder Metal-Core-PCB (MCPCB) ausgebildet sein, was für die Wärmeabfuhr von der LED 7 bzw. von der Treiberschaltung besonders vorteilhaft sein kann. Op- tional kann eine Adhäsionsschicht zwischen der Grundplatte 8 und dem Lichtleiter 2 vorgesehen sein. Die Grundplatte 8 kann einen Grundkörper aus einem lichtdurchlässigen Material aufweisen, um das Leuchten durch die Grundplatte 8 hindurch zu ermöglichen. Optional kann die Grundplatte eine Seiten- bzw. Bodenverspiegelung und/oder eine hoch reflektierende Schicht auf der dem Lichtleiter zugewandten Seite aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine Leuchtvorrichtung wie Fig.l, jedoch mit zusätzlichen Auskoppelstrukturen 9, die auf der oberen Fläche 3 angebracht sind. Auch in diesem Beispiel weist der Lichtlei¬ ter 2 in seinem Inneren einen Lichtkonversionsstoff auf, der in Form kleiner Partikel weitgehend gleichmäßig im Gesamtvo¬ lumen des Lichtleiters 2 verteilt ist. Die Auskoppelstrukturen 9 können als Unebenheiten der oberen Fläche des Lichtleiters 3 in Form von Einkerbungen bzw. Grüb¬ chen oder Erhebungen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Auskoppelstrukturen 9 von außen auf den Lichtleiter 2 appliziert sein, beispielsweise mittels Sieb- druck. Die Auskoppelstrukturen können durch eine Unterdrückung der totalen internen Reflexion an der Lichtauskoppelfläche zu einer verbesserten Lichtauskopplung führen.
Fig. 3 zeigt eine Leuchtvorrichtung 1 wie Fig. 1, jedoch mit zusätzlichen optischen Elementen 10, die im Inneren des
Lichtleiters 2 eingebettet sind. Als optisches Element 10 kann eine lichtundurchlässige oder ganz oder teilweise transluzente Blende benutzt werden, die derart dimensioniert und derart in Bezug auf die LED positio¬ niert ist, dass ungleichmäßiges, etwa fleckiges Leuchten der Leuchtvorrichtung 1, bedingt durch die räumlich diskrete Verteilung der LEDs 7, vermieden bzw. reduziert werden kann.
Alternativ dazu kann das optische Element 10 in Form einer Linse, vorzugsweise in Form einer Streulinse, ausgebildet sein.
Die laterale Dimension D des optischen Elements 10 ist vor¬ zugsweise größer als die laterale Dimension d der Ausnehmung 6 und kleiner als die Hälfte des Abstands L zwischen zwei be- nachbarten LEDs 7, d < D < L, insbesondere (d + h) < D < L/2, wobei h die Tiefe der Ausnehmung 6 darstellt.
Fig. 4 zeigt die Leuchtvorrichtung 1 mit den Auskoppelstrukturen 9 gemäß Fig. 2. sowie mit optischen Elementen 10 gemäß Fig. 3. Die Größe bzw. die Flächendichte der Auskoppelstrukturen 9 kann derart ausgewählt und an die Anordnung der LED 7 und der optischen Elemente 10 derart angepasst werden, dass eine besonders gleichmäßige Leuchtdichteverteilung auf der Lichtauskoppelfläche der Leuchtvorrichtung erzielt wird. Da- bei kann die Flächendichte der Auskoppelstrukturen eine räumliche Korrelation mit der LED-Anordnung aufweisen. So kann beispielsweise die Dichte der Auskoppelstrukturen in der Nähe einer LED abnehmen und von der LED weg zunehmen. Damit kann beispielsweise in den Bereichen zwischen den LEDs 7 die
Leuchtstärke des Lichtleiters 2 erhöht werden.
Fig. 5 zeigt eine Leuchtvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 mit zusätzlichen im Lichtleiter 2 eingebetteten Streuzentren 11. Die Streuzentren 11 können in Form von Streupartikeln
und/oder Bläschen ausgebildet sein, wobei die Größe der Par- tikel bzw. Bläschen und ihre räumliche Verteilung von Fall zu Fall unterschiedlich gewählt werden kann.
Die Größe der Partikel bzw. Bläschen kann in dem Bereich kleiner oder gleich 1 mm liegen. Alternativ und/oder zusätzlich können Nano-Partikel als Streuzentren genutzt werden. Bevorzugt liegt die Größe von Nano-Partikeln unter 100 nm. Dadurch kann die Wellenlängenabhängigkeit der Lichtstreuung (etwa durch Rayleigh-Streuung) vorteilhaft ausgenutzt werden. Denn die kurzwellige blaue- bzw. UV-Stahlung erfährt eine stärkere Streuung als die Strahlung mit längerer Wellenlängen, wie insbesondere die von dem Lichtkonversionsstoff emit¬ tierte sekundäre Strahlung oder die aus einer roten LED emit¬ tierte langwellige Strahlung. Dadurch wird die kurzwellige blaue- bzw. UV-Strahlung im Inneren des Lichtleiters stärker gestreut, somit kann diese Strahlung besser zur gleichmäßigen Anregung des Konversionsstoffes beitragen.
Vorteilhafterweise sind die Streuzentren je nach LED- Anordnung unterschiedlich verteilt. Die Dichte der Streuzent¬ ren kann im Bereich zwischen 400 und 40 000 Partikel pro Kubikzentimeter, besonders bevorzugt zwischen 500 und 5000 Partikel pro Kubikzentimeter liegen.
Fig. 6 zeigt eine Aus führungs form der erfindungsgemäßen
Leuchtvorrichtung 1 mit der oberen Schicht 12. Die obere Schicht 12 kann in Form einer thermomechanisch aufgetragenen- durchsichtigen Folie bzw. auflaminierten durchsichtigen
Schicht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise weist die obere Schicht 12 eine glatte Oberfläche auf. Die obere Schicht 12 kann als Schutzschicht zum Schutz der oberen Fläche 3 des Lichtleiters 2 vor äußeren Einflüssen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die obere Schicht 12 als Nano- bzw. Mikrostrukturen aufweisende optische Folie ausgebildet sein, um das austretende Licht auf gewünschte Weise zu len¬ ken. So, können diese Nano- bzw. Mikrostrukturen in Form von linearen asymmetrischen Prismen zur anisotropen Abstrahlung dienen, was in konkreten Anwendungen, beispielsweise als Ent- blendungsmaßnahme, von Vorteil sein kann. Generell kann die Schicht 12 aus einzelnen Schichtkomponenten aufgebaut sein, also beispielsweise einer mikrostrukturierten optischen Folie und einer Schutzschicht.
Fig. 7 zeigt eine Aus führungs form der erfindungsgemäßen
Leuchtvorrichtung 1 mit einer Konversionsschicht 13. Die Konversionsschicht 13 weist Lichtkonversionsstoff auf und dient zur Konversion des von den LED 7 emittierten Lichtes. Die Konversionsschicht 13 befindet sich innerhalb des Lichtlei¬ ters. Sie kann ein Teil des Lichtleiters 2 sein oder auch als separate Schicht innerhalb einer Sandwich-Struktur ausgebil¬ det sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Konversionsschicht 13 an der oberen Fläche 3 des Lichtleiters 2 liegen und somit eine Außenfläche der Leuchtvorrichtung 1 bilden.
Die durchgezogene Konversionsschicht 13, wie in der Fig. 7 dargestellt, ist besonders vorteilhaft, wenn UV-LEDs als Lichtquelle 7 eingesetzt werden und ein Austreten der schäd¬ lichen UV-Strahlung vermieden werden soll. Die Konversionsschicht kann beispielsweise auch mittels Siebdruck aufge¬ bracht werden.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung 1, in der der Lichtkonversionsstoff in Konversionszonen 14 lokalisiert ist. In diesem Ausführungsbei¬ spiel sind die Konversionszonen 14 nur in der Nähe bestimmter LEDs 7a angeordnet. Vorteilhafterweise befinden sich die Kon¬ versionszonen 17 in der Nähe von kurzwellige Strahlung emittierenden LEDs 7a, während das Licht längerwelliger (roter) LEDs 7b direkt - d.h. ungehindert - in den Lichtleiter 2 ge¬ langen kann. Dadurch kann eine besonders effiziente Mischlichtquelle realisiert werden.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung 1 mit seitlicher Lichteinkopplung. Die Leuchtvorrichtung 1 weist auf den gegenüberliegenden Seiten des Lichtleiters 2 zwei Seitenplatten 15 mit LEDs 7 auf.
Die Seitenplatten 15 können auf denn dem Lichtleiter zuge- wandten Seiten gehäuste oder ungehäuste LED sowie Treiber- Schaltungen zum Betreiben der LED aufweisen. Ferner können die Seitenplatten als Printed Cicuit Bord (PCB) oder Metal- Core-PCB (MCPCB) ausgebildet sein, was für die Wärmeabfuhr von den LED 7 bzw. von einer Treiberschaltung besonders vor- teilhaft sein kann. Optional kann eine Adhäsionsschicht zwi¬ schen der Seitenplatte 15 und dem Lichtleiter 2 vorgesehen sein .
Die auf den Seitenplatten 15 angeordneten LEDs 7 ragen in die Ausnehmungen 6 im Lichtleiter 2 hinein.
In dieser Aus führungs form können sowohl die obere Fläche 3 des Lichtleiters 2 als auch die untere Fläche 5 des Lichtlei¬ ters 2 als Lichtauskoppelflächen dienen.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt in Draufsicht durch die
Leuchtvorrichtung 1 gem. Fig. 9. Gestrichelt sind schematisch Äquikonzentrationslinien 16 der Streuzentren dargestellt. Streupartikel, die hier als Streuzentren dienen, sind in der Fig. 10 nicht gezeigt. Äquikonzentrationslinien 16 geben Bereiche gleicher Konzentration der Streuzentren an und verdeutlichen somit eine Abweichung von einer homogenen Verteilung der Streuzentren. Als Streuzentren können auch Bläschen oder auch lokale Brechungsindexschwankungen, verursacht durch lokale strukturelle Modifikation des Lichtleitermaterials, dienen. Solche Bre¬ chungsindexschwankungen können beispielsweise durch lokale Erhitzung des Lichtleiters mittels eines fokussierten Laser- Strahls hervorgerufen sein. Diese Inhomogenität in der räumlichen Verteilung von Streuzentren weist eine Korrelation mit bzw. eine Abhängigkeit von der LED-Anordnung auf, wobei diese Abhängigkeit in den Rand¬ bereichen des Lichtleiters 2 stärker ausgeprägt ist und von den Randbereichen weg hin zu dem zentralen Bereich des Lichtleiters 2 abnimmt. Insbesondere bis zu einem Abstand L' < L von der Seitenfläche des Lichtleiters ist diese Korrelation erkennbar . Fig. 11 zeigt eine Aus führungs form der Erfindung mit Auskoppelstrukturen 9 gem. Fig. 2 in Draufsicht.
Die Auskoppelstrukturen 9 sind in diesem Beispiel nicht gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Lichtleiters 2 verteilt, sondern weisen eine Korrelation mit der räumlichen Anordnung von LEDs 7 auf. So sind in den Randbereichen des Lichtleiters 2, insbesondere in der Nähe von LEDs 7, Bereiche ohne Auskoppelstrukturen erkennbar. Im Vergleich zu dem mittleren Bereich des Lichtleiters 2 können diese Bereiche weni- ger dichte bzw. schwächer ausgeprägte Auskoppelstrukturen 9 aufweisen. Mit zunehmendem Abstand von der Seitenwand 4 hin zu der Mitte des Lichtleiters 2 werden die Auskoppelstruktu¬ ren in ihrer Verteilung homogener. Dabei kann die Oberflächendichte der Auskoppelstrukturen 9 zunehmen.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung 1, in der analog zu Fig. 8 der Lichtkonversionsstoff in Konversionszonen 14 lokalisiert ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Konversionszonen 14 nur in der Nähe bestimmter (d.h. von Konversionsstoff umgebener) LEDs 7a angeordnet. Vorteilhafterweise befinden sich die Kon¬ versionszonen 17 in der Nähe von kurzwellige Strahlung emittierenden LEDs 7c, während das Licht längerwelliger (roter) LEDs 7b direkt - d.h. ungehindert - in den Lichtleiter 2 ge- langen kann. Zusätzlich sind einige der kurzwellige Strahlung emittierenden LEDs 7d nicht von Konversionsstoff umgeben, so dass eine ungehinderte Abstrahlung erfolgen kann. Die kurz- wellige Strahlung emittierenden LEDs 7c sind alle vom glei¬ chen Typ, unabhängig davon ob es von Konversionsstoff umgebe¬ ne LEDs 7a oder nicht von Konversionsstoff umgebene LEDs 7d sind. In welcher Anzahl bzw. in welchem Zahlenverhältnis die unterschiedlichen LEDs dabei eingesetzt werden, hängt von der erwünschten Farbtemperatur ab. Sind die unterschiedlichen LEDs 7a, 7b, 7d getrennt voneinander ansteuerbar, kann die Farbe und/oder die Farbtemperatur der Beleuchtungsvorrichtung besonders gut eingestellt werden.
Fig. 13 zeigt in einer schematischen Schnittbilddarstellung die Konzentrationsverteilung cs von Streuzentren und cK von Konversionsstoff über dem Weg s für eine weitere Ausführungs¬ form der Erfindung. Im Bereich einer LED, deren Licht zumindest teilweise konvertiert wird, hat die Konzentration cK von Konversionsstoff, der ebenfalls lichtstreuend wirkt, ihr Ma¬ ximum und sinkt zu einem Minimum, das zwischen zwei LEDs liegt, linear ab. Umgekehrt hat die Konzentration von Streu¬ zentren im Bereich der LED ihr Minimum und erreicht dazwischen das Maximum. Dadurch wird eine besonders effektive Aus¬ koppelung von Licht erzielt, da die Streuwirkung des Konversionsstoffs ausgenutzt wird und damit Streuzentren eingespart und/oder Lichtverluste vermieden werden können. Von den gezeigten linearen Verläufen der Konzentrationen cs und cK kann selbstverständlich sowohl für eine als auch für beide Komponenten in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Lichtverteilung abgewichen werden. Insbesondere können auch die Maxi- ma und/oder Minima der Konzentrationen cs und Ck unterschied¬ lich hoch gewählt werden. Auch die Lage der Minima und/oder Maxima muss nicht notwendigerweise genau zwischen den LED bzw. bei den LED gewählt sein.
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere erfin¬ dungsgemäße Leuchtvorrichtung 1, die analog zu dem in Figur 7 dargestellten Beispiel in Form eines flächigen Lichtleiters 2 ausgebildet ist und die eine obere Fläche 3, eine Seitenflä¬ che 4 sowie eine untere Fläche 5 aufweist. Der flächige Lichtleiter 2 weist auf der unteren Fläche 5 Ausnehmungen 6 zur Aufnahme von LEDs 7 auf. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen sind hier die LEDs 7 jedoch direkt in dem Lichtleiter 8 mittels einer Einbettmasse 18 eingebettet. Dadurch wird die Einkopplung des aus der Lichtquelle emit¬ tierten Lichtes in den Lichtleiter 2 weiter verbessert und es kann auf die Grundplatte 8 verzichtet werden. Der Brechungs¬ index nE der Einbettmasse 18 ist so gewählt, dass Totalrefle¬ xion an den Grenzflächen von LED 7 und Einbettmasse 18 sowie von Einbettmasse 18 und Lichtleiter 2 vermieden wird, d.h. die Brechungsindizes nE der Einbettmasse 18, nQ der LED und nL des Lichtleiters 2 sind so gewählt dass gilt: nQ < nE < nL.
Der Lichtleiter 2 enthält zweckmäßigerweise ein für die opti- sehe Strahlung durchlässiges Material. Insbesondere enthält der Lichtleiter 2 Glas oder ein Kunststoffmaterial wie Poly- methylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) . Optional kann der Lichtleiter im wesentlichen aus einem dieser Materialien bestehen. Aufgrund der fehlenden Grundplatte zur Wärme- abfuhr ist hier insbesondere ein thermisch gut leitender
Werkstoff, d.h. mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1 W/mK, insbesondere mit mehr als 20 W/mK, beispielsweise auf Basis von Quarzglas oder AI2O3, vorzusehen. Auch die Einbett¬ masse 18 sollte eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen.
Die Konversionsschicht 13 weist Lichtkonversionsstoff auf und dient zur Konversion des von den LED 7 emittierten Lichtes. Die Konversionsschicht 13 befindet sich innerhalb des Licht¬ leiters. Sie kann ein Teil des Lichtleiters 2 sein oder auch als separate Schicht innerhalb einer Sandwich-Struktur ausge¬ bildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Konversionsschicht 13 an der oberen Fläche 3 des Lichtleiters 2 liegen und somit eine Außenfläche der Leuchtvorrichtung 1 bilden. Auch die Einbettmasse 18 kann einen Konversionsstoff enthal- ten. Auch hier kann die Konversionsschicht 13 mittels Sieb¬ druck aufgebracht sein, wie generell im Rahmen der Erfindung sowohl Konversions- als auch Streuschichten vorteilhaft mit- tels dieses Verfahrens aufgebracht werden können.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfin¬ dung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kom¬ bination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausfüh- rungsbeispielen angegeben ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Leuchtvorrichtung
2 Lichtleiter
3 Obere Fläche des Lichtleiters
4 Seitenfläche des Lichtleiters
5 Untere Fläche des Lichtleiters
6 Ausnehmung
7 LED
7a von Konversionsstoff umgebene LED
7b längerwellige LED
7c kurzwellige Strahlung emittierende LED
7d nicht von Konversionsstoff umgebene LED
8 Grundplatte
9 Auskoppelstuktur
10 Optische Elemente
11 Streuzentren
12 Obere Schicht
13 Konversionsschicht
14 Konversionszone
15 Seitenplatte
16 Äquikonzentrationslinien
17 Rote LED
18 Einbettmasse

Claims

Patentansprüche
Leuchtvorrichtung (1) mit einer flächigen Lichtabstrahl Charakteristik, aufweisend einen flächigen Lichtleiter (2) mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche und mit mindestens einer Lichtauskoppelfläche (3) sowie eine mit einer ersten spektralen Charakteristik emittierende
Lichtquelle (7), wobei die Lichtquelle (7) in Bezug auf den Lichtleiter (2) derart angeordnet ist, dass aus der Lichtquelle (7) emittiertes Licht in den Lichtleiter (2) über die Lichteinkoppelfläche einkoppeln kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter einen Lichtkonversi onsstoff aufweist, der durch das Licht der ersten Licht¬ quelle zur Emission einer sekundären Strahlung anregbar ist .
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) als eine LED- Lichtquelle (7) ausgebildet ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) als eine im blauen, im weißen oder im UV-Bereich emittierende LED-Lichtquelle (7) ausgebildet ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtkonversionsstoff auf der Lichtauskoppelfläche (3) des Lichtleiters (2) aufgebracht und / oder in dessen Inneren räumlich verteilt ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (2) ei¬ ne Auskoppelstuktur (9) auf der Lichtauskoppelfläche (8) aufweist .
6. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (2) eingebettete Streuzentren aufweist.
7. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbort des vom Lichtkonversionsstoff emittierten Lichtes im CIE-
Farbdiagramm innerhalb eines Vierecks liegt, das durch die Koordinaten (0,42; 0,42), (0,512; 0,487), (0,416;
0,583) und (0,36; 0,48) aufgespannt ist. 8. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung (1) eine weitere, im roten Spektralbereich emittierende Lichtquelle (17) aufweist. 9. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (4) und / oder die der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende untere Fläche (5) des Lichtleiters (2) als Lichteinkop¬ pelfläche dienen.
10. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (2) mindestens eine Ausnehmung (6) auf der Lichteinkoppelflä¬ che (6) zu Aufnahme einer der Lichtquellen (7,17) auf- weist.
11. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) in dem Lichtleiter (2) eingebettet ist.
12. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (2) eine Konversionszone (13) mit erhöhter Konzentration des Lichtkonversionsstoffes aufweist .
13. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionszone (13) in der Nähe einer blauen LED oder einer UV-LED lokalisiert ist.
14. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Äquikonzentra- tionslinien der Streupartikel (11) und/oder der Auskop¬ pelstrukturen (9) eine räumliche Korrelation mit der Anordnung der LED (7) aufweisen. 15. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein op¬ tisches Element (10) zur Beeinflussung der Abstrahlcha¬ rakteristik vorgesehen ist.
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