WO2019238945A1 - Lichtfaser und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Lichtfaser und beleuchtungsvorrichtung Download PDF

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WO2019238945A1
WO2019238945A1 PCT/EP2019/065734 EP2019065734W WO2019238945A1 WO 2019238945 A1 WO2019238945 A1 WO 2019238945A1 EP 2019065734 W EP2019065734 W EP 2019065734W WO 2019238945 A1 WO2019238945 A1 WO 2019238945A1
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cores
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coupling
light
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Peter Brick
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources

Definitions

  • An optical fiber is specified.
  • a lighting device is specified.
  • One of the tasks to be solved is to specify an optical fiber which has improved reliability and improved optical properties.
  • Another task to be solved is a
  • the light fiber comprises a cladding and at least two cores for guiding electromagnetic radiation, the cores each having a coupling surface at one end of the light fiber.
  • the coupling surfaces of different cores are not coherent.
  • the optical fiber is set up to conduct electromagnetic radiation in the visible wavelength range.
  • the cores and the cladding are formed with a material that is transparent to the electromagnetic radiation.
  • the optical fiber has a main direction of extension, along which the cores extend in the optical fiber. Are perpendicular to the main direction of extension of the optical fiber the cores are completely surrounded by the jacket.
  • the cores serve to guide the electromagnetic waves
  • the electromagnetic radiation is reflected at an interface between the cores and the cladding, so that the electromagnetic radiation along the
  • the cladding - also called cladding - and the cores comprise, for example, a dielectric material.
  • the dielectric material is non-metallic and non-conductive. In particular, the dielectric material contains no metallic
  • the material of the cores and the cladding differs in the refractive index.
  • the cores have a higher refractive index than the cladding.
  • the relative difference in the refractive indices between the cores and the cladding is at least 1%, preferably at least 2%.
  • the different refractive indices can be
  • An optical fiber described here can be part of an illumination device, for example, in which electromagnetic radiation in the form of
  • the emission areas can be part of one or more LED or laser chip (s).
  • Primary radiation is then mixed in the optical fiber and in the coupling-out zones of the optical fiber as mixed light
  • the light fiber described here is based, among other things, on the consideration that the coupling of
  • the light fiber described here now makes use of the idea of having several cores in the light fiber
  • An individual core in particular the coupling surface of the core, can thus be arranged downstream of each emission region in its respective radiation direction. If the end of the optical fiber into which the primary radiation is coupled is incorrectly positioned, the coupling of all primary radiation into the cores is ideally changed uniformly. The ratio of the coupled primary radiation from the different emission regions thus remains essentially the same.
  • the cross section is
  • Optical fiber is not rotationally symmetrical.
  • the optical fiber has an oval cross section on.
  • the light fiber has, for example, a square, in particular a rectangular, cross section.
  • a position of the coupling surfaces relative to a light-emitting component is determined by means of the non-rotationally symmetrical cross section.
  • Coupling prevents disadvantageous rotation of the optical fiber about an axis perpendicular to the coupling surfaces.
  • the respective coupling surface of the cores is not rotationally symmetrical.
  • the respective cross section of the cores perpendicular to the respective main direction of extension of the cores is also not rotationally symmetrical.
  • the coupling surfaces and / or the cross sections of the cores have, for example, an oval or polygonal, in particular rectangular, shape.
  • the shape of the coupling surface of the cores is related to the shape of the emission areas, their primary radiation into the cores
  • the cross section of the beam cone is perpendicular to
  • Radiation direction of the primary radiation in the mathematical sense is similar to the coupling surface into which the
  • the primary radiation is injected.
  • the primary radiation is advantageously coupled into the cores of the optical fiber with particularly high efficiency.
  • the cores extend helically twisted along the main direction of extension of the optical fiber.
  • the cores have a common axis around which the cores run along the
  • the common axis runs along the main direction of extension of the optical fiber in the geometric center of gravity of the cross section of the optical fiber.
  • the coupling surfaces are arranged at a distance from one another.
  • the distance between the coupling surfaces is at least 40 ⁇ m, preferably at least 100 ⁇ m.
  • the distance between the coupling-in areas also specifies the distance between the emission regions perpendicular to their emission direction.
  • the cores are perpendicular to
  • the main direction of extension of the optical fiber is arranged at a distance from one another.
  • the distance can vary
  • the cladding and / or the cores each have at least one decoupling zone for decoupling electromagnetic radiation from the cores.
  • the light fiber is set up to at least a large part of the electromagnetic radiation in the area of the coupling-out zone transverse to the main direction of extension of the light fiber
  • the scattering centers can, for example, by means of scattering particles or a roughening of
  • the cores in the area of the coupling-out zone can be curved to a greater extent, so that a reduced total reflection of the electromagnetic radiation at the
  • the jacket can be used in the
  • the coupling-out zone can be partially removed or modified in some other way, so that at least part of the electromagnetic radiation guided in the optical fiber is coupled out in the coupling-out zone.
  • the primary radiation which is guided in different cores, is in the optical fiber in the Coupling zone mixed, so that from the optical fiber
  • Primary radiation can take place within a core.
  • the jacket and / or the cores have a large number of coupling-out zones.
  • they are
  • Example is in the area of the decoupling zones in
  • the lighting device in particular comprises an optical fiber described here. That is, all for them
  • the lighting device comprises a light-emitting component with at least two emission regions and an optical fiber described here.
  • the light-emitting component is set up in at least two emission regions
  • the emission areas are set up for that
  • a coupling surface of the cores of the optical fiber in the radiation direction is arranged downstream of the emission areas.
  • a large part, in particular at least 70%, of the primary radiation emitted by the emission areas strikes one of the coupling surfaces and is coupled into one of the cores.
  • the number of coupling surfaces is the same as the number of Emitting regions. For example, a coupling area is clearly assigned to each emission area.
  • the emission areas are each seen overlapping with one of the coupling-in surfaces along the radiation direction. For example, at least 70%, preferably at least 80%, of each emission area each overlap with one of the coupling areas. In particular, the overlap of the individual emission areas with one of the coupling-in areas differs from one another by a maximum of 10%, preferably by a maximum of 5%.
  • the numerical aperture (NA) of the fiber is, for example, at least 0.3.
  • the light-emitting component comprises at least one surface-mountable
  • Semiconductor chip or at least one planar-contacted semiconductor chip are part of a common semiconductor chip or alternatively are formed from different semiconductor chips.
  • the semiconductor chip is not contacted by means of a bonding wire.
  • surface-mountable means that the semiconductor chip can be electrically contacted and operated only via a side facing away from the light guide.
  • Contacted planar means in this
  • Side facing the light guide can be made electrically conductive by means of surface-mounted contact structures.
  • the planar contact structures are not bond wires which protrude beyond the semiconductor chip on a side facing the light guide.
  • the emission regions can advantageously be arranged particularly close to the coupling surfaces. For example, there is a gap between the emission areas and the optical fiber, which is filled with a transparent medium, for example air. Along the direction of radiation, the gap width of the gap is, for example, at most 500 ⁇ m, preferably at most 100 ⁇ m. There is no direct contact between the optical fiber and the emission areas, so that the optical fiber heats up during operation of the
  • the small gap width enables particularly efficient coupling of the primary radiation into the optical fiber.
  • the coupling surfaces each have a first geometric center of gravity and the emission regions each have a second geometric center of gravity.
  • the first geometric focal points are each congruent with one of the second geometric focal points.
  • the offset of a first geometric center of gravity to a second geometric center of gravity perpendicular to the radiation direction is a maximum of 200 ⁇ m, in particular a maximum of 100 ⁇ m.
  • a particularly large proportion of the emitted primary radiation is thus one
  • the emission regions are set up to emit primary radiation in wavelength regions that differ from one another.
  • the lighting device each includes an emission area which is set up for this purpose electromagnetic radiation in one red, green and blue
  • the emission areas indicate that
  • the emission areas are Lambert's see emitters, each of which has an area of at least 200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m. In particular, they are
  • the emission range is related to this
  • electromagnetic radiation is set up in the green
  • Emitted electromagnetic radiation Mixed light which comprises the primary radiation from all emission areas, in particular consists of the primary radiation.
  • the primary radiation is generated by separate coupling surfaces in separate cores of the optical fiber
  • the cores can run along the
  • the main direction of extension of the optical fiber converge to form a common core so that the primary radiation is mixed in the common core.
  • FIGS. 1A and 1B show schematic representations of exemplary embodiments of an illumination device with a conventional optical fiber.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C show schematic top views of coupling surfaces of an optical fiber and emission areas according to an exemplary embodiment
  • Figures 3A, 3B, 3C and 3D show schematic
  • Embodiments of light fibers Embodiments of light fibers.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a lighting device.
  • FIGS 5A, 5B and 5C show schematic
  • FIG. 1A shows a schematic sectional illustration of a lighting device 2 with a conventional one
  • Optical fiber 1 according to an embodiment.
  • Illumination device 2 comprises a light-emitting component 20 with a first 201, a second 202 and a third 203 emission region, each of which is set up for primary radiation L201, L202, L203 along one
  • the primary radiation L201 of the first emission region 201 is, for example
  • the primary radiation L202 of the second emission range 202 is, for example, electromagnetic radiation in the red wavelength range.
  • the primary radiation L203 of the third emission range 203 is, for example, electromagnetic radiation in the blue wavelength range.
  • the light fiber 1 is arranged downstream of the light-emitting component 20 in the radiation direction K.
  • the optical fiber 1 comprises a core 12, a cladding 11 and an absorber 17.
  • the optical fiber 1 has a main direction of extension XI. Perpendicular to the main direction of extension XI, the core 12 is completely surrounded by the jacket 11 and the jacket 11 is completely surrounded by the absorber 17.
  • the core 12 and the jacket 11 are one for
  • Primary radiation L201, L202, L203 formed transparent material.
  • the material of the core 12 and the shell 11 comprises a glass or a polymer.
  • the material of the core 12 differs from the material of the cladding 11 in its refractive index.
  • the material of the cladding 11 in its refractive index.
  • Refractive index of the material of the core 12 is at least 1% larger than the refractive index of the material of the cladding 11.
  • the absorber 17 is formed with a material that absorbs the primary radiation L201, L202, L203.
  • the material of the absorber 17 comprises a polymer.
  • FIG. 1B shows an alternative perspective of the exemplary embodiment shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1B shows a schematic plan view of the emission areas 201, 202, 203 against the radiation direction K, the arrangement of the emission areas 201, 202, 203 relative to the optical fiber 1.
  • the core 12 has a coupling surface 12a, through which the primary radiation L201, L202, L203 of the emission regions 201, 202, 203 is coupled into the optical fiber 1.
  • the primary radiation L201, L203, L203 are mixed into mixed light L in the optical fiber 1.
  • the coupling surface 12a has a first geometric center of gravity and the emission regions 201, 202, 203 each have a second geometric center of gravity S2. Seen along the radiation direction K, the second geometrical centers of gravity S2 are not arranged congruently with the first geometrical center of gravity S1, but have an offset.
  • FIG. 2A shows a schematic plan view of the emission areas 201, 202, 203 against the radiation direction K, the arrangement of the emission areas 201, 202, 203 relative to the optical fiber 1 according to an alternative
  • the lighting device 2 comprises a light-emitting component 20 with three emission regions 201, 202, 203 and an optical fiber 1.
  • Optical fiber 1 comprises a cladding 11 and three cores 12, 13,
  • the cores 12, 13, 14 each have an input surface 12a, 13a, 14a at one end of the optical fiber 1, through which the
  • Primary radiation L201, L202, L203 is coupled into the cores 12, 13, 14.
  • the coupling surfaces are circular and each have a diameter of at least 150 ⁇ m, preferably at least 250 ⁇ m.
  • the cross section of the optical fiber has one
  • Such an optical fiber can advantageously be arranged with a bending radius of less than 10 mm.
  • the cores 12, 13, 14 are arranged perpendicular to the main direction XI of the optical fiber 1 at a distance A from one another.
  • the distance A is at least 40 ⁇ m.
  • FIG. 2B shows a schematic plan view of the emission areas 201, 202, 203 relative to the radiation direction K, the arrangement of the emission areas 201, 202, 203 relative to the optical fiber 1 according to an alternative
  • Optical fiber 1 perpendicular to the main direction XI of the optical fiber 1 is not rotationally symmetrical.
  • the cross section of the optical fiber 1 is not round but oval
  • the coupling surfaces 12a, 13a, 14a of the cores 12, 13, 14 each have a first geometric center of gravity S1.
  • the emission areas 201, 202, 203 each have a second geometric focus. In the embodiment shown in Figure 2B along the
  • Center of gravity S1 coincident with a second geometric center of gravity S2.
  • FIG. 2C shows a schematic plan view of the emission areas 201, 202, 203 against the radiation direction K, the arrangement of the emission areas 201, 202, 203 relative to the optical fiber 1 according to an alternative
  • geometric centers of gravity S1 are not congruent with a second geometric center of gravity S2. Instead, the first geometric focal points S1 each have an offset V with respect to the second geometric focal points S2. The offset V of every other geometric
  • geometric center of gravity S1 is essentially identical.
  • the offset V of the first geometric focal points S1 differs from the respectively assigned second geometric focal points S2 by a maximum of 5%.
  • FIG. 3A shows schematic spatial representations of an exemplary embodiment of an optical fiber 1.
  • the optical fiber 1 has three cores 12, 13, 14, the
  • the cores 12, 13, 14 are each completely surrounded by the jacket 11 perpendicular to their main direction of extension X12, X13, X14.
  • the cores 12, 13, 14 each have a coupling surface 12a, 13a, 14a.
  • the coupling surfaces 12a, 13a, 14a are arranged at a distance A from one another.
  • Coupling surfaces 12a, 13a, 14a are not in each case
  • the coupling surfaces 12a, 13a, 14a each have a rectangular shape.
  • the cladding 11 has at least one decoupling zone 100 for decoupling electromagnetic radiation, in particular mixed light L.
  • the jacket 11 has 100 scattering centers in the coupling-out zone, which are set up for this purpose
  • FIG. 3B shows schematic spatial representations of a further exemplary embodiment of an optical fiber 1
  • the coupling zone 100 is in each of the exemplary embodiments Cores 12, 13, 14 or at the interface between the cores
  • scattering centers are formed in the form of scattering particles or a roughened interface between cores 12, 13, 14 and jacket 11.
  • the cores 12, 13, 14 have a multiplicity of coupling-out zones 100 which are not designed to be coherent. Light guided in different cores is preferably mixed in the area of the coupling-out zones 100.
  • FIG. 3C shows schematic spatial representations of a further exemplary embodiment of an optical fiber 1, in which the cores 12, 13, 14 lie along the
  • Main direction of extension XI of the optical fiber 1 extend, the cores 12, 13, 14 being twisted helically.
  • the distance A decreases along the main extension direction XI of the optical fiber 1.
  • the cores 12, 13, 14 can converge into a common core along the main extension direction XI, so that the individual cores 12, 13, 14 coupled primary radiation are mixed in the common core.
  • FIG. 3D shows schematic spatial representations of a further exemplary embodiment of an optical fiber 1, in which the cores 12, 13, 14 along the main direction XI of the
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a lighting device 2 according to an exemplary embodiment.
  • the lighting device 2 comprises the light-emitting component 20 with three emission regions 201, 202, 203, a holder 30 and the optical fiber 1.
  • the holder 30 By means of the holder 30 the relative position of the optical fiber 1 to the
  • the light fiber 1 and the light-emitting component 20 are arranged such that one of the coupling-in areas 12a, 13a, 14a of one of the cores 12, 13, 14 in the radiation direction K is arranged downstream of the emission regions 201, 202, 203.
  • Emission regions 201, 202, 203 each have primary radiation L201, L202, L203 with different ones
  • the optical fiber 1 is set up to mix the primary radiation L201, L202, L203.
  • the mixed primary radiation L201, L202, L203 from all emission areas 201, 202, 203 are emitted as mixed light L in the coupling-out zone.
  • the gap width D of the gap is a maximum of 500 ⁇ m.
  • FIG. 5A shows a schematic illustration of a light-emitting component of a lighting device according to an exemplary embodiment.
  • Component 20 comprises three planar-contacted semiconductor chips 25, each of which forms an emission region 201, 202, 203.
  • the semiconductor chips 25 are each electrically conductively contacted by means of a planar contact 210.
  • FIGS. 5B and 5C show a schematic
  • Sectional view of a light-emitting component 20 of a lighting device 2 according to an alternative
  • the light-emitting components 20 comprise three surface-mountable semiconductor chips 25, which each form an emission region 201, 202, 203.
  • the semiconductor chips 25 are arranged on a common contact substrate 220 by means of which the semiconductor chips 25 are mechanically fixed and contacted in an electrically conductive manner.
  • Embodiment, the embodiment shown in Figure 5C additionally has a microcontroller 250.
  • the microcontroller 250 is embedded in the contact substrate 220 and is set up to drive the semiconductor chips 25.
  • the emission regions 201, 202, 203 can be part of a common semiconductor chip.
  • the light-emitting component 20 comprises a semiconductor chip 25 with a plurality of emission regions which can be operated separately from one another and which each have primary radiation

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Abstract

Lichtfaser (1) umfassend einen Mantel (11) und mindestens zwei Kerne (12, 13) zum Leiten elektromagnetischer Strahlung (L), bei der -die Kerne (12, 13) an einem Ende der Lichtfaser (1) jeweils eine Einkoppelfläche (12a, 13a) aufweisen.

Description

Beschreibung
LICHTFASER UND BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG
Es wird eine Lichtfaser angegeben. Darüber hinaus wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine Lichtfaser anzugeben, die eine verbesserte Zuverlässigkeit und verbesserte optische Eigenschaften aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, welche eine verbesserte Zuverlässigkeit und verbesserte optische Eigenschaften aufweist .
Die zu lösende Aufgabe und die weitere zu lösende Aufgabe werden mit einer Lichtfaser gemäß dem unabhängigen
Patentanspruch 1 und einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 7 gelöst.
Die Lichtfaser umfasst einen Mantel und mindestens zwei Kerne zum Leiten elektromagnetischer Strahlung, wobei die Kerne an einem Ende der Lichtfaser jeweils eine Einkoppelfläche aufweisen. Dabei sind die Einkoppelflächen unterschiedlicher Kerne nicht zusammenhängend ausgebildet. Die Lichtfaser ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich zu führen. Die Kerne und der Mantel sind mit einem für die elektromagnetische Strahlung transparenten Material gebildet.
Die Lichtfaser weist eine Haupterstreckungsrichtung auf, entlang welcher sich in der Lichtfaser die Kerne erstrecken. Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser sind die Kerne jeweils vollständig von dem Mantel umgeben. Die Kerne dienen zur Wellenführung der elektromagnetischen
Strahlung. An einer Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel wird die elektromagnetische Strahlung reflektiert, so dass die elektromagnetische Strahlung entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Kerne geführt wird.
Der Mantel - auch Cladding genannt - und die Kerne umfassen beispielsweise ein dielektrisches Material. Das dielektrische Material ist nichtmetallisch und nichtleitend. Insbesondere enthält das dielektrische Material keine metallischen
Anteile. Das Material der Kerne und des Mantels unterscheidet sich im Brechungsindex. Insbesondere weisen die Kerne einen höheren Brechungsindex als der Mantel auf. Insbesondere beträgt die relative Differenz der Brechungsindices zwischen den Kernen und dem Mantel zumindest 1%, bevorzugt zumindest 2%. Die unterschiedlichen Brechungsindices können
beispielsweise mittels unterschiedlicher Dotierungen der Materialien des Mantels und der Kerne hergestellt sein.
Eine hier beschriebene Lichtfaser kann beispielsweise Teil einer Beleuchtungsvorrichtung sein, bei der in die Kerne jeweils elektromagnetische Strahlung in Form einer
Primärstrahlung von unterschiedlichen Emissionsbereichen eingekoppelt wird. Die Emissionsbereiche können Teil von einem oder mehrerer LED oder Laser-Chip ( s ) sein. Die
Primärstrahlungen werden dann in der Lichtfaser durchmischt und in Auskoppelzonen der Lichtfaser als Mischlicht
emittiert .
Der hier beschriebenen Lichtfaser liegt unter anderem die Überlegung zu Grunde, dass das Einkoppeln von
Primärstrahlungen mehrerer Emissionsbereiche in eine gemeinsame Lichtfaser mit einem einzelnen Kern besondere Anforderungen mit sich bringt. Beispielsweise wird bei einer Fehlpositionierung der Einkoppelfläche des einzelnen Kerns relativ zu den Emissionsbereichen der Anteil der
eingekoppelten Primärstrahlung eines Emissionsbereichs vergrößert, während der Anteil der eingekoppelten
Primärstrahlung eines anderen Emissionsbereichs verkleinert wird. Somit führt schon eine geringe Fehlpositionierung der Einkoppelfläche zu einer signifikanten Veränderung des
Verhältnisses der eingekoppelten Primärstrahlungen.
Die hier beschriebene Lichtfaser macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, mehrere Kerne in der Lichtfaser
anzuordnen. Somit kann jedem Emissionsbereich in dessen jeweiliger Abstrahlrichtung ein einzelner Kern, insbesondere die Einkoppelfläche des Kerns, nachgeordnet werden. Bei einer Fehlpositionierung des Endes der Lichtfaser, in welches die Primärstrahlungen eingekoppelt werden, wird die Einkoppelung aller Primärstrahlungen in die Kerne idealerweise gleichmäßig verändert. Somit bleibt das Verhältnis der eingekoppelten Primärstrahlungen der unterschiedlichen Emissionsbereiche im Wesentlichen gleich.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung mehrerer Kerne in einer gemeinsamen Lichtfaser eine besonders zuverlässige Einkoppelung mehrerer Primärstrahlungen und somit eine besonders zuverlässige Leitung und Emission
elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Querschnitt der
Lichtfaser senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der
Lichtfaser nicht rotationssymmetrisch ausgebildet.
Beispielsweise weist die Lichtfaser einen ovalen Querschnitt auf. Alternativ weist die Lichtfaser beispielsweise einen viereckigen, insbesondere einen rechteckigen, Querschnitt auf .
Insbesondere dient der nicht rotationssymmetrische
Querschnitt der Lichtfaser als Verdrehsicherung. Mittels des nicht rotationssymmetrischen Querschnitts wird eine Position der Einkoppelflächen relativ zu einem lichtemittierenden Bauteil festgelegt. Insbesondere wird eine für die
Einkoppelung nachteilige Rotation der Lichtfaser um eine Achse senkrecht zu den Einkoppelflächen verhindert.
Vorteilhafterweise vereinfacht der nicht
rotationssymmetrische Querschnitt eine präzise Ausrichtung der Lichtfaser relativ zu Emissionsbereichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die jeweilige Einkoppelfläche der Kerne jeweils nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist auch der jeweilige Querschnitt der Kerne senkrecht zur jeweiligen Haupterstreckungsrichtung der Kerne nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Einkoppelflächen und/oder die Querschnitte der Kerne weisen beispielsweise eine ovale oder vieleckige, insbesondere rechteckige, Form auf .
Die Form der Einkoppelfläche der Kerne ist an die Form der Emissionsbereiche, deren Primärstrahlung in die Kerne
eingekoppelt werden soll, angepasst. Beispielsweise ist jeweils der Querschnitt des Strahlkegels senkrecht zur
Abstrahlrichtung der Primärstrahlung im mathematischen Sinne jeweils ähnlich zu der Einkoppelfläche, in welche die
Primärstrahlung eingekoppelt wird. Vorteilhafterweise wird die Primärstrahlung mit besonders hoher Effizienz in die Kerne der Lichtfaser eingekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Kerne entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser helixartig verdrillt. Beispielsweise weißen die Kerne eine gemeinsame Achse auf, um welche die Kerne entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser rotieren.
Beispielsweise verläuft die gemeinsame Achse entlang der Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser im geometrischen Schwerpunkt des Querschnitts der Lichtfaser.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Einkoppelflächen in einem Abstand zueinander angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand der Einkoppelflächen zumindest 40 ym, bevorzugt zumindest 100 ym.
Beispielsweise ist mittels des Abstandes der Einkoppelflächen auch der Abstand der Emissionsbereiche senkrecht zu deren Abstrahlrichtung vorgegeben. Somit sind mittels eines
vergrößerten Abstands der Einkoppelflächen vergrößerte
Abstände zwischen einzelnen Emissionsbereichen möglich.
Vorteilhafterweise vereinfacht eine Vergrößerung des Abstands der Emissionsbereiche zueinander das Ableiten von im Betrieb der Emissionsbereiche entstehender Wärme.
Insbesondere sind die Kerne senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zueinander in einem Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand kann sich
ausgehend von den Einkoppelflächen entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser verringern.
Insbesondere können die Kerne entlang der
Haupterstreckungsrichtung zu einem gemeinsamen Kern
zusammenlaufen, sodass sich der Abstand entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu null verringert. Gemäß einer Ausführungsform weisen der Mantel und/oder die Kerne jeweils mindestens eine Auskoppelzone zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus den Kernen auf. Die Lichtfaser ist dazu eingerichtet zumindest einen Großteil der elektromagnetischen Strahlung im Bereich der Auskoppelzone quer zur Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu
emittieren .
Beispielsweise weisen die Kerne, der Mantel oder die
Grenzflächen zwischen Kernen und Mantel in der Auskoppelzone Streuzentren auf. Die Streuzentren können beispielsweise mittels streuenden Partikeln, oder einer Aufrauhung von
Oberflächen gebildet sein. An den Streuzentren wird
elektromagnetische Strahlung gestreut, so dass der Winkel der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel unterschritten wird und zumindest ein Teil der
elektromagnetischen Strahlung durch den Mantel austritt.
Alternativ oder zusätzlich können die Kerne im Bereich der Auskoppelzone stärker gekrümmt sein, so dass eine verringerte Totalreflexion der elektromagnetischen Strahlung an der
Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Mantel stattfindet. Insbesondere kann die Krümmung der Faserkerne in der
Auskoppelzone entlang der Lichtausbreitungsrichung zunehmen, sodass eine homogene Lichtauskopplung erreicht wird. Gemäß einer weiteren Aternative kann der Mantel in der
Auskoppelzone teilweise entfernt oder auf andere Weise modifiziert sein, sodass in der Auskoppelzone zumindest ein Teil der in der Lichtfaser geführten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird.
Insbesondere werden in der Lichtfaser die Primärstrahlungen, welche in unterschiedlichen Kernen geführt werden, in der Auskoppelzone durchmischt, so dass von der Lichtfaser
Mischlicht emittiert wird. Das Durchmischen der
Primärstrahlungen kann innerhalb eines Kerns stattfinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchmischung der
Primärstrahlungen im Mantel stattfinden.
Beispielsweise weisen der Mantel und/oder die Kerne eine Vielzahl von Auskoppelzonen auf. Insbesondere sind die
Auskoppelzonen nicht zusammenhängend ausgebildet. Zum
Beispiel wird im Bereich der Auskoppelzonen in
unterschiedlichen Kernen geführtes Licht durchmischt.
Es wird des Weiteren eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst insbesondere eine hier beschriebene Lichtfaser. Das heißt, sämtliche für die
Lichtfaser offenbarten Merkmale sind auch für die
Beleuchtungsvorrichtung offenbart und umgekehrt.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein lichtemittierendes Bauteil mit zumindest zwei Emissionsbereichen und eine hier beschriebene Lichtfaser. Das lichtemittierende Bauteil ist dazu eingerichtet in zumindest zwei Emissionsbereichen
Primärstrahlung zu erzeugen und abzustrahlen.
Die Emissionsbereiche sind dazu eingerichtet die
Primärstrahlung in der Abstrahlrichtung zu emittieren. Den Emissionsbereichen ist jeweils eine Einkoppelfläche der Kerne der Lichtfaser in der Abstrahlrichtung nachgeordnet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb trifft ein Großteil, insbesondere zumindest 70%, der von den Emissionsbereichen abgestrahlten Primärstrahlung jeweils auf eine der Einkoppelflächen und wird in einen der Kerne eingekoppelt. Insbesondere ist die Anzahl der Einkoppelflächen genauso groß wie die Anzahl der Emissionsbereiche. Beispielsweise ist jedem Emissionsbereich eindeutig eine Einkoppelfläche zugeordnet.
Die Emissionsbereiche sind entlang der Abstrahlrichtung gesehen jeweils überlappend mit einer der Einkoppelflächen angeordnet. Beispielsweise überlappen zumindest 70%, bevorzugt zumindest 80%, jedes Emissionsbereichs jeweils mit einer der Einkoppelflächen. Insbesondere unterscheidet sich der Überlapp der einzelnen Emissionsbereiche mit einer der Einkoppelflächen untereinander um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5%. Die Numerische Appertur (NA) der Faser beträgt beispielsweise zumindest 0,3.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Bauteil zumindest einen oberflächenmontierbaren
Halbleiterchip oder zumindest einen planar kontaktierten Halbleiterchip. Beispielsweise sind die Emissionsbereiche Teil eines gemeinsamen Halbleiterchips oder sind alternativ aus unterschiedlichen Halbleiterchips gebildet. Insbesondere ist der Halbleiterchip nicht mittels eines Bonddrahtes kontaktiert .
Oberflächenmontierbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterchip ausschließlich über eine dem Lichtleiter abgewandten Seite elektrisch leitend kontaktierbar und betreibbar ist. Planar kontaktiert bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass der Halbleiterchip an einer dem
Lichtleiter zugewandten Seite mittels flächig aufgebrachter Kontaktstrukturen elektrisch leitend kontaktierbar ist.
Insbesondere handelt es sich bei den plan ausgebildeten Kontaktstrukturen nicht um Bonddrähte, welche an einer dem Lichtleiter zugewandten Seite über den Halbleiterchip hinausragen . Die Emissionsbereiche sind vorteilhafterweise besonders nah an den Einkoppelflächen anordenbar. Beispielsweise befindet sich zwischen den Emissionsbereichen und der Lichtfaser ein Spalt, welcher mit einem transparenten Medium, beispielsweise Luft, gefüllt ist. Entlang der Abstrahlrichtung beträgt die Spaltbreite des Spalts beispielsweise maximal 500 ym, bevorzugt maximal 100 ym. Es besteht kein direkter Kontakt zwischen der Lichtfaser und den Emissionsbereichen, sodass ein Aufheizen der Lichtfaser im Betrieb des
optoelektronischen Bauteils vermiedene wird. Dennoch
ermöglicht die geringe Spaltbreite eine besonders effiziente Einkoppelung der Primärstrahlung in die Lichtfaser.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einkoppelflächen jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt auf und die Emissionsbereiche weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt auf. Entlang der Abstrahlrichtung gesehen sind die ersten geometrischen Schwerpunkte jeweils deckungsgleich mit einem der zweiten geometrischen Schwerpunkte angeordnet. Beispielsweise beträgt der Versatz eines ersten geometrischen Schwerpunkts zu einem zweiten geometrischen Schwerpunkt senkrecht zur Abstrahlrichtung maximal 200 ym, insbesondere maximal 100 ym. Vorteilhafterweise wird somit ein besonders großer Anteil der emittierten Primärstrahlung eines
Emissionsbereichs jeweils in den dem Emissionsbereich
zugeordneten Kern eingekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Emissionsbereiche dazu eingerichtet Primärstrahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren. Beispielsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung je einen Emissionsbereich der dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung in einem roten, in einem grünen und in einem blauen
Wellenlängenbereich zu emittieren.
Insbesondere weisen die Emissionsbereiche, die dazu
eingerichtet sind Primärstrahlung in voneinander
verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren, senkrecht zur Abstrahlungsrichtung eine unterschiedliche Größe auf. Beispielsweise handelt es sich bei den Emissionsbereichen um Lambert' sehe Emitter, die jeweils eine Fläche von zumindest 200 ym X 200 ym aufweisen. Insbesondere sind die
Emissionsbereiche unterschiedlich groß ausgebildet.
Beispielsweise ist der Emissionsbereich, welcher dazu
eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung im grünen
Wellenlängenbereich zu emittieren, größer als die
Emissionsbereiche, die dazu eingerichtet sind
elektromagnetische Strahlung im roten oder blauen
Wellenlängenbereich zu emittieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der Auskoppelzone
emittierte elektromagnetische Strahlung Mischlicht, welches die Primärstrahlungen aus allen Emissionsbereichen umfasst, insbesondere aus den Primärstrahlungen besteht.
Beispielsweise werden die Primärstrahlungen durch separate Einkoppelflächen in separate Kerne der Lichtfaser
eingekoppelt. Die Kerne können entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser zu einem gemeinsamen Kern zusammenlaufen sodass die Primärstrahlungen in dem gemeinsamen Kern durchmischt werden. Alternativ oder
zusätzlich können in der Auskoppelzone Streuzentren
angeordnet sein, an denen die Primärstrahlungen gestreut werden und somit durchmischt werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Lichtfaser und der
Beleuchtungsvorrichtung ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen die Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Lichtfaser.
Es zeigen die Figuren 2A, 2B und 2C schematische Draufsichten auf Einkoppelflächen einer Lichtfaser und Emissionsbereiche gemäß eines Ausführungsbeispiels einer
BeleuchtungsVorrichtung .
Es zeigen die Figuren 3A, 3B, 3C und 3D schematische
räumliche Darstellungen unterschiedlicher
Ausführungsbeispiele von Lichtfasern.
Es zeigt die Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsvorrichtung.
Es zeigen die Figuren 5A, 5B und 5C schematische
Darstellungen von Ausführungsbeispielen lichtemittierender Bauteile von Beleuchtungsvorrichtungen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Die Figur 1A zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Beleuchtungsvorrichtung 2 mit einer herkömmlichen
Lichtfaser 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die
Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst ein lichtemittierendes Bauteil 20 mit einem ersten 201, einem zweiten 202 und einem dritten 203 Emissionsbereich, die jeweils dazu eingerichtet sind Primärstrahlung L201, L202, L203 entlang einer
Abstrahlrichtung K abzustrahlen. Die Primärstrahlung L201 des ersten Emissionsbereichs 201 ist beispielsweise
elektromagnetische Strahlung im grünen Wellenlängenbereich. Die Primärstrahlung L202 des zweiten Emissionsbereichs 202 ist beispielsweise elektromagnetische Strahlung im roten Wellenlängenbereich. Die Primärstrahlung L203 des dritten Emissionsbereichs 203 ist beispielsweise elektromagnetische Strahlung im blauen Wellenlängenbereich.
In der Abstrahlrichtung K ist dem lichtemittierenden Bauteil 20 die Lichtfaser 1 nachgeordnet. Die Lichtfaser 1 umfasst einen Kern 12, einen Mantel 11 und einen Absorber 17. Die Lichtfaser 1 weist eine Haupterstreckungsrichtung XI auf. Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung XI ist der Kern 12 vollständig von dem Mantel 11 umgeben und der Mantel 11 vollständig von dem Absorber 17 umgeben.
Der Kern 12 und der Mantel 11 sind mit einem für die
Primärstrahlungen L201, L202, L203 transparenten Material gebildet. Beispielsweise umfasst das Material des Kerns 12 und des Mantels 11 ein Glas oder ein Polymer. Das Material des Kerns 12 unterscheidet sich von dem Material des Mantels 11 in seinem Brechungsindex. Beispielsweise ist der
Brechungsindex des Materials des Kerns 12 zumindest 1% größer als der Brechungsindex des Materials des Mantels 11. Der Absorber 17 ist mit einem für die Primärstrahlungen L201, L202, L203 absorbierenden Material gebildet. Beispielsweise umfasst das Material des Absorbers 17 ein Polymer.
Die Figur 1B zeigt eine alternative Perspektive des in der Figur 1A gezeigten Ausführungsbeispiels. Die Figur 1B zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1.
Der Kern 12 weist eine Einkoppelfläche 12a auf, durch welche die Primärstrahlung L201, L202, L203 der Emissionsbereiche 201, 202, 203 in die Lichtfaser 1 eingekoppelt wird. In der Lichtfaser 1 werden die Primärstrahlungen L201, L203, L203 zu Mischlicht L gemischt.
Die Einkoppelfläche 12a weist einen ersten geometrischen Schwerpunkt auf und die Emissionsbereiche 201, 202, 203 weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 auf. Entlang der Abstrahlrichtung K gesehen sind die zweiten geometrischen Schwerpunkte S2 nicht deckungsgleich mit dem ersten geometrischen Schwerpunkt S1 angeordnet, sondern weisen einen Versatz auf.
Bei einer fehlerhaften Ausrichtung der Lichtfaser 1 zu dem lichtemittierenden Bauteil 2 verändert sich der Versatz der zweiten geometrischen Schwerpunkte S2 zum ersten
geometrischen Schwerpunkt S1 in unterschiedlicher Weise.
Somit verändert sich auch der Anteil der eingekoppelten
Primärstrahlungen L201, L202, L203 der einzelnen
Emissionsbereiche 201, 202, 203 in unterschiedlicher Weise. Folglich wird bei einer fehlerhaften Ausrichtung auch die Zusammensetzung des Mischlichts L aus den Primärstrahlungen L201, L202, L203 verändert, sodass der Farbort des
Mischlichts verändert wird.
Die Figur 2A zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen
Ausführungsbeispiels. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst ein lichtemittierendes Bauteil 20 mit drei Emissionsbereichen 201, 202, 203 und eine Lichtfaser 1.
Lichtfaser 1 umfasst einen Mantel 11 und drei Kerne 12, 13,
14 zum Leiten elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Primärstrahlung L201, L202, L203. Die Kerne 12, 13, 14 weisen jeweils an einem Ende der Lichtfaser 1 eine Einkoppelfläche 12a, 13a, 14a auf, durch welche im Betrieb die
Primärstrahlung L201, L202, L203 in die Kerne 12, 13, 14 eingekoppelt wird.
Die Einkoppelflächen sind kreisförmig und weisen jeweils einen Durchmesser von zumindest 150 ym, bevorzugt zumindest 250 ym auf. Der Querschnitt der Lichtfaser weist einen
Durchmesser von maximal 1 mm auf. Vorteilhafterweise kann eines derartige Lichtfaser mit einem Biegeradius von weniger als 10 mm angeordnet werden. Die Kerne 12, 13 ,14 sind senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser 1 in einem Abstand A zueinander angeordnet. Der Abstand A beträgt zumindest 40 ym.
Die Figur 2B zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen
Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in der Figur 2A gezeigten Ausführungseispiel ist der Querschnitt der
Lichtfaser 1 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser 1 nicht rotationssymmetrisch. Vorliegend ist der Querschnitt der Lichtfaser 1 nicht rund sondern oval
ausgebildet. Vorteilhafterweise vereinfacht die nicht
rotationssymmetrische Form des Querschnitts der Lichtfaser 1 das Ausrichten der Lichtfaser 1 relativ zu dem
lichtemittierenden Bauteil 20.
Die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a der Kerne 12 ,13 , 14 weisen jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt S1 auf. Die Emissionsbereiche 201, 202, 203 weisen jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt auf. In dem in der Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel ist entlang der
Abstrahlrichtung K gesehen jeder erste geometrische
Schwerpunkt S1 mit einem zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 deckungsgleich angeordnet.
Die Figur 2C zeigt in einer schematischen Draufsicht auf die Emissionsbereiche 201, 202, 203 entgegen der Abstrahlrichtung K die Anordnung der Emissionsbereiche 201, 202, 203 relativ zur Lichtfaser 1 gemäß eines alternativen
Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in der Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten
geometrischen Schwerpunkte S1 nicht deckungsgleich mit einem zweiten geometrischen Schwerpunkt S2 angeordnet. Stattdessen weisen die ersten geometrischen Schwerpunkte S1 zu den zweiten geometrischen Schwerpunkten S2 jeweils einen Versatz V auf. Der Versatz V eines jeden zweiten geometrischen
Schwerpunkts S2 zu dem jeweils zugeordneten ersten
geometrischen Schwerpunkt S1 ist im Wesentlichen identisch. Beispielsweise unterscheidet sich der Versatz V der ersten geometrischen Schwerpunkte S1 zu den jeweils zugeordneten zweiten geometrischen Schwerpunkten S2 um maximal 5%.
Die Figur 3A zeigt schematische räumliche Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1. Die Lichtfaser 1 weist drei Kerne 12, 13, 14 auf, deren
Haupterstreckungsrichtungen X12, X13, X14 entlang der
Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser verlaufen.
Senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsrichtung X12, X13, X14 sind die Kerne 12, 13 ,14 jeweils vollständig von dem Mantel 11 umgeben.
Die Kerne 12, 13, 14 weisen jeweils eine Einkoppelfläche 12a, 13a, 14a auf. Die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a sind im Abstand A zueinander beabstandet angeordnet. Die
Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a sind jeweils nicht
rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Stattdessen weisen die Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a jeweils eine rechteckige Form auf .
Der Mantel 11 weist mindestens eine Auskoppelzone 100 zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mischlicht L, auf. Der Mantel 11 weist in der Auskoppelzone 100 Streuzentren auf, welche dazu eingerichtet sind
Primärstrahlungen L201, L202, L203 zu streuen und somit durch den Mantel 11 quer zur Haupterstreckungsrichtung XI der
Lichtfaser 1 auszukoppeln.
Die Figur 3B zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1. Im
Unterschied zu dem in der Figur 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Auskoppelzone 100 jeweils in den Kernen 12, 13 ,14 oder an der Grenzfläche zwischen den Kernen
12 ,13 ,14 und dem Mantel 11 ausgebildet. Beispielsweise sind in der Auskoppelzone 100 Streuzentren in Form von streuenden Partikeln oder einer aufgerauten Grenzfläche zwischen Kernen 12, 13 ,14 und Mantel 11 ausgebildet.
Insbesondere weisen die Kerne 12, 13, 14 eine Vielzahl von Auskoppelzonen 100 auf, die nicht zusammenhängend ausgebildet sind. Bevorzugt wird im Bereich der Auskoppelzonen 100 in unterschiedlichen Kernen geführtes Licht durchmischt.
Die Figur 3C zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1, bei der sich die Kerne 12, 13, 14 entlang der
Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser 1 erstrecken, wobei die Kerne 12, 13, 14 helixförmig verdrillt sind.
Ausgehend von den Einkoppelflächen 12a , 13a, 14a verringert sich der Abstand A entlang der Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser 1. Insbesondere können die Kerne 12, 13 ,14 entlang der Haupterstreckungsrichtung XI zu einem gemeinsamen Kern zusammenlaufen, sodass in die einzelnen Kerne 12, 13, 14 eingekoppelte Primärstrahlungen in dem gemeinsamen Kern durchmischt werden.
Die Figur 3D zeigt schematische räumliche Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtfaser 1, bei der die Kerne 12, 13, 14 entlang der Haupterstreckungsrichtung XI der
Lichtfaser 1 helixartig verdrillt sind. Im Unterschied zu dem in Figur 3C gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstand A der Kerne 12, 13 ,14 entlang der Haupterstreckungsrichtung XI der Lichtfaser 1 konstant. Die Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 umfasst das lichtemittierende Bauteil 20 mit drei Emissionsbereichen 201, 202, 203, eine Halterung 30 und die Lichtfaser 1. Mittels der Halterung 30 ist die relative Position der Lichtfaser 1 zu dem
lichtemittierenden Bauteil 20 festgelegt. Insbesondere sind die Lichtfaser 1 und das lichtemittierende Bauteil 20 derart angeordnet, dass den Emissionsbereichen 201, 202, 203 jeweils eine der Einkoppelflächen 12a, 13a, 14a einer der Kerne 12, 13, 14 in der Abstrahlrichtung K nachgeordnet ist.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittieren die
Emissionsbereiche 201, 202, 203 jeweils Primärstrahlung L201, L202, L203 mit voneinander verschiedenen
Wellenlängenbereichen. Die Lichtfaser 1 ist dazu eingerichtet die Primärstrahlungen L201, L202, L203 zu durchmischen. In der Auskoppelzone werden die durchmischten Primärstrahlungen L201, L202, L203 aus allen Emissionsbereichen 201, 202, 203 als Mischlicht L emittiert.
Zwischen den Emissionsbereichen 201, 202, 203 und der
Lichtfaser befindet sich ein Spalt, welcher mit einem
transparenten Medium, beispielsweise Luft, gefüllt ist.
Entlang der Abstrahlrichtung K beträgt die Spaltbreite D des Spalts maximal 500 ym.
Die Figur 5A zeigt eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Bauteils einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das lichtemittierende
Bauteil 20 umfasst drei planar kontaktierte Halbleiterchips 25 die jeweils einen Emissionsbereich 201, 202, 203 bilden. Die Halbleiterchips 25 sind jeweils mittels eines Planarkontakts 210 elektrisch leitend kontaktiert.
Die Figuren 5B und 5C zeigen eine schematische
Schnittdarstellung eines lichtemittierenden Bauteils 20 einer Beleuchtungsvorrichtung 2 gemäß alternativer
Ausführungsbeispiele. Die lichtemittierenden Bauteile 20 umfassen drei oberflächenmontierbare Halbleiterchips 25 die jeweils einen Emissionsbereich 201, 202, 203 bilden. Die Halbleiterchips 25 sind auf einem gemeinsamen Kontaktsubstrat 220 angeordnet mittels dem die Halbleiterchips 25 mechanisch fixiert und elektrisch leitend kontaktiert sind.
Im Unterschied zu dem in Figur 5B gezeigten
Ausführungsbeispiel, weist das in der Figur 5C dargestellte Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Mikrokontroller 250 auf. Der Mikrokontroller 250 ist in das Kontaktsubstrat 220 eingebettet und ist dazu eingerichtet die Halbleiterchips 25 anzusteuern .
Alternativ können die Emissionsbereiche 201, 202, 203 Teil eines gemeinsamen Halbleiterchips sein. Beispielsweise umfasst das lichtemittierende Bauteil 20 einen Halbleiterchip 25 mit mehreren Emissionsbereichen, die separat voneinander betreibbar sind und die jeweils Primärstrahlung in
voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
emittieren .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 DE 10 2018 114 420.2, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Lichtfaser
IQ Querschnitt der Lichtfaser
2 BeleuchtungsVorrichtung
11 Mantel
12, 13, 14 Kern
12a, 13a, 14a Einkoppelfläche der Kerne
17 Absorber
100 Auskoppelzone
20 lichtemittierendes Bauteil
25 Halbleiterchip
201, 202, 203 Emissionsbereich
210 Planarkontakt
220 KontaktSubstrat
250 Mikrokontroller
30 Halterung
A Abstand
L Mischlicht
L201, L202, L203 PrimärStrahlung
51 erster geometrischer Schwerpunkt
52 zweiter geometrischer Schwerpunkt
D Spaltbreite
K Abstrahlrichtung
XI Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser
X12 , XI3 , XI4 Haupterstreckungsrichtung des Kerns

Claims

Patentansprüche
1. Lichtfaser (1) umfassend einen Mantel (11) und mindestens zwei Kerne (12, 13) zum Leiten elektromagnetischer
Strahlung (L) , bei der
- die Kerne (12, 13) an einem Ende der Lichtfaser (1) jeweils eine Einkoppelfläche (12a, 13a) aufweisen, wobei die Einkoppelflächen unterschiedlicher Kerne (12, 13) nicht zusammenhängend ausgebildet sind,
- der Mantel (11) und/oder die Kerne (12, 13) jeweils mindestens eine Auskoppelzone (100) zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus den Kernen aufweisen, wobei
- die Lichtfaser (1) dazu eingerichtet ist zumindest einen Großteil der elektromagnetischen Strahlung im
Bereich der Auskoppelzone (100) quer zur
Haupterstreckungsrichtung der Lichtfaser (1) zu
emittieren, und
- in der Lichtfaser (1) Primärstrahlungen, welche in unterschiedlichen Kernen (12, 13) geführt werden, in der
Auskoppelzone (100) durchmischt werden, so dass von der Lichtfaser (1) Mischlicht (L) emittiert wird.
2. Lichtfaser (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der der Querschnitt (IQ) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (XI) der Lichtfaser (1) nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
3. Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einkoppelflächen (12a, 13a) der Kerne (12, 13) jeweils nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
4. Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Kerne (12, 13) entlang der
Haupterstreckungsrichtung (XI) der Lichtfaser (1)
helixartig verdrillt sind.
5. Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Einkoppelflächen (12a, 13a) in einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind.
6. Beleuchtungsvorrichtung (2) umfassend ein
lichtemittierendes Bauteil (20) mit zumindest zwei
Emissionsbereichen (201, 202) und eine Lichtfaser (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der den
Emissionsbereichen (201, 202) in deren jeweiliger
Abstrahlrichtung (K) jeweils eine der Einkoppelflächen (12a, 13a) nachgeordnet ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der das lichtemittierende Bauteil (20) einen
oberflächenmontierbaren Halbleiterchip oder einen planar kontaktierten Halbleiterchip umfasst.
8. Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei der
- die Einkoppelflächen (12a, 13a) jeweils einen ersten geometrischen Schwerpunkt (Sl) aufweisen,
- die Emissionsbereiche (201, 202) jeweils einen zweiten geometrischen Schwerpunkt (S2) aufweisen, und
- die zweiten geometrischen Schwerpunkte (S2) jeweils mit einem der ersten geometrischen Schwerpunkt (S2) entlang der Abstrahlrichtung (K) gesehen deckungsgleich sind.
9. Beleuchtungsvorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der
- die Emissionsbereiche (201, 202) dazu eingerichtet sind, jeweils Primärstrahlung (L201, L202) mit voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen zu emittieren, und
- die Auskoppelzone (100) dazu eingerichtet ist,
Mischlicht (L) zu emittieren, welches Primärstrahlung (L201, L202) aus allen Emissionsbereichen umfasst.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021175170A1 (zh) * 2020-03-02 2021-09-10 华中科技大学 一种多波段传输光纤及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12571506B2 (en) * 2024-02-08 2026-03-10 Flex-N-Gate Advanced Product Development, Llc Multi-function light pipe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19708420A1 (de) * 1997-03-01 1998-09-03 Zeiss Carl Jena Gmbh Faseroptische Anordnung zur additiven Mischung von mehreren Lichtbündeln
WO2001057435A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-09 3M Innovative Properties Company High reliability illumination device employing light fibers
US20040213020A1 (en) * 2003-04-28 2004-10-28 Gotfried Bradley L. Lighting display system
US20120128296A1 (en) * 2009-07-24 2012-05-24 Tatsuta Electric Wire & Cable Co., Ltd. Three-wavelength optical multiplexer

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326644A (ja) * 1998-05-20 1999-11-26 Bridgestone Corp 光伝送チューブ及びその製造方法
DE19853106A1 (de) * 1998-11-18 2000-05-31 Bayer Ag Fluoreszierende, strukturierte Formkörper
US7550935B2 (en) * 2000-04-24 2009-06-23 Philips Solid-State Lighting Solutions, Inc Methods and apparatus for downloading lighting programs
US20060291203A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Munisamy Anandan Fiber mixed R-G-B white emitting LED package
DE102006061164B4 (de) * 2006-12-22 2018-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtemittierende Vorrichtung
JP5435476B2 (ja) * 2010-01-15 2014-03-05 古河電気工業株式会社 マルチコア光ファイバの製造方法
JP2012256535A (ja) * 2011-06-09 2012-12-27 Harison Toshiba Lighting Corp 照明システム
JP2013214408A (ja) * 2012-04-02 2013-10-17 Hitoshi Mikajiri 複線光ファイバーケーブルを用いたｌｅｄ照明装置
JP6287421B2 (ja) * 2014-03-24 2018-03-07 株式会社デンソー ライトガイド部材、ライトガイド部材用のアタッチメント、イルミネーション装置
US10162107B2 (en) * 2017-02-16 2018-12-25 Institut National D'optique Multicore optical fiber for multipoint distributed sensing and probing
US10539747B2 (en) * 2017-12-05 2020-01-21 Corning Research & Development Corporation Bend induced light scattering fiber and cable assemblies and method of making

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19708420A1 (de) * 1997-03-01 1998-09-03 Zeiss Carl Jena Gmbh Faseroptische Anordnung zur additiven Mischung von mehreren Lichtbündeln
WO2001057435A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-09 3M Innovative Properties Company High reliability illumination device employing light fibers
US20040213020A1 (en) * 2003-04-28 2004-10-28 Gotfried Bradley L. Lighting display system
US20120128296A1 (en) * 2009-07-24 2012-05-24 Tatsuta Electric Wire & Cable Co., Ltd. Three-wavelength optical multiplexer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021175170A1 (zh) * 2020-03-02 2021-09-10 华中科技大学 一种多波段传输光纤及其制备方法

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