DE102005026206A1

DE102005026206A1 - Lichterzeugende Anordnung

Info

Publication number: DE102005026206A1
Application number: DE102005026206A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dr. Finger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-14
Also published as: CN101194371A; JP2008543100A; EP1889303A1; US8283685B2; US20100200878A1; WO2006131501A1; CN101194371B; EP1889303B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichterzeugende Anordnung mit einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das elektrische Zuleitungen besitzt, sowie mit einem mit einem Abstand in Abstrahlrichtung vor dem Halbleiterelement angeordneten transparenten Lichtausrichtelement 2, durch das das von dem Halbleiterelement emittierte Licht zu einem Lichtstrom bündelbar ist. Die Auskoppelfläche 4 des Lichtausrichtelements 2 weist eine Mikrostruktur 6 auf, die aus einer Vielzahl Erhebungen und Vertiefungen gebildet ist, durch die die Strahlweg des Lichtstroms um einen Winkel < 5 DEG ablenkbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichterzeugende Anordnung mit einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das elektrische Zuleitungen besitzt, sowie mit einem mit einem Abstand in Abstrahlrichtung vor dem Halbleiterelement angeordneten transparenten Lichtausrichtelement, durch das das von dem Halbleiterelement emittierte Licht zu einem Lichtstrom bündelbar ist.

Lichtemittierende Halbleiterelemente, insbesondere Hochleistungs-LED's besitzen meist eine Lambert-Abstrahlcharakteristik bzw. einen sehr großen Öffnungswinkel der Abstrahlcharakteristik. Um eine gerichtete Abstrahlung zu erhalten, werden bei den Hochleistungs-LED's vornehmlich refraktive und reflektive Sekundäroptiken als Lichtausrichtelement eingesetzt. Diese Optiken führen zu einem Bündeln des Lichtstroms und zu sehr hohen Leuchtdichten in Vorwärtsrichtung.

Durch die Struktur der Halbleiterelemente, insbesondere auch durch deren elektrische Zuleitungen und Kontaktierungen kommt es zu einer deutlichen Inhomogenität des Lichtstroms.

Bei Einsatz von mehreren LED-Chips in einem Feld spiegelt sich die Positionierung der einzelnen Chips in der Helligkeitsverteilung des Lichtstroms wieder.

Handelt es sich weiterhin um LED-Chips unterschiedlicher Farbe, so ist meist die Vermischung der einzelnen Farbkomponenten unvollständig. Daher sind deutliche Farbvariationen über die Breite des Lichtstroms zu beobachten.

Diese Beeinflussungen des Lichtstroms sind sehr störend und schränken den Einsatz derartiger lichterzeugender Anordnungen ein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine lichterzeugende Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und deren Lichtstrom in hohem Maß homogen ist und keinen wesentlichen Verlust an Helligkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Auskoppelfläche des Lichtausrichtelements eine aus einer Vielzahl Erhebungen und Vertiefungen gebildete Mikrostruktur aufweist, durch die die Strahlwege des Lichtstroms um einen Winkel < 5° ablenkbar sind.

Eine weitere Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass die die von der Einkoppelfläche zur Auskoppelfläche des Lichtausrichtelements sich erstreckende Wandung des Lichtausrichtelements eine aus einer Vielzahl Erhebungen und Vertiefungen gebildete Mikrostruktur aufweist, die die Reflexion der Strahlwege des Lichtstroms an der Wandung des Lichtausrichtelements um einen Winkel < 5° ablenkbar sind.

An sich wird durch das eine Sekundäroptik bildende Lichtausrichtelement das von dem Halbleiterelement in alle Richtungen abgestrahlte Licht gerichtet und als gerichteter Lichtstrom abgestrahlt.

Durch die Mikrostruktur werden die einzelnen Strahlwege der gerichteten Lichtstrahlen des Lichtstroms derart leicht geändert, dass zwar innerhalb des Lichtstroms, der nach Abstrahlung ein Lichtkegel sein kann, das Licht neu verteilt ist.

Dies aber so, dass im Wesentlichen kein Licht zurückstreut oder aus dem Lichtstrom oder Lichtkegel herausgestreut wird.

Das Lichtausrichtelement kann vorzugsweise eine Sammellinse sein.

Eine hohe Gleichmäßigkeit des Lichtstroms wird dadurch erreicht, dass die Mikrostruktur eine Rautiefe von < 100 μm besitzt.

Ist das Lichtausrichtelement ein Kunststoffspritzgussteil, an dessen Auskoppelfläche und/oder an dessen Wandung die Mikrostruktur angeformt ist, so kann durch entsprechende Ausbildung des Spritzwerkzeugs die Mikrostruktur bei der Herstellung des Lichtausrichtelements kostengünstig miterzeugt werden.

Es ist aber auch möglich, dass die Mikrostruktur an einer transparenten Folie ausgebildet ist, die mittels eines brechungsindexangepassten Klebers auf der Auskoppelfläche befestigt ist.

Eine weitere, ebenfalls einfache Maßnahme zur Erzeugung der Mikrostruktur besteht darin, dass die Mikrostruktur mittels eines auf die Auskoppelfläche und/oder die Wandung des Lichtausrichtelements aufgebrachten Lacks gebildet ist, dessen freie Oberfläche beim Aushärten die Mikrostruktur annimmt.

Eine gute Homogenisierung des Lichtstroms ohne Streuung im eigentlichen Sinn wird dadurch erreicht, dass die Mikrostruktur durch eine Vielzahl verteilt an der Auskoppelfläche und/oder an der Wandung des Ausrichtelements angeordneter Mikrolinsen oder mikrolinsenartigen Erhebungen gebildet ist.

Die Erhebungen und Vertiefungen sind vorzugsweise stochastisch verteilt angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer lichterzeugenden Anordnung.
Die dargestellte lichterzeugende Anordnung weist als lichtemittierendes Halbleiterelement eine Hochleistungs-LED (light emitting diode) 1 auf, vor der in Abstrahlrichtung des Lichts in einem Abstand ein Lichtausrichtelement 2 angeordnet ist.
Das eine Sekundäroptik bildende Lichtausrichtelement 2 ist aus einem transparenten Kunststoff als Spritzgussteil hergestellt.
Das von der Hochleistungs-LED emittierte ungerichtete Licht wird an einer Einkoppelfläche 3 des Lichtausrichtelements 2 in dieses eingeleitet und unter anderem durch Reflektion an der von der Einkoppelfläche 3 zu einer Auskoppelfläche 4 des Lichtausrichtelements 2 sich erstreckenden Wandung 5 des Lichtausrichtelements 2 zu einem homogen und gerichtet an der Auskoppelfläche 4 austretenden Lichtstrom ausgerichtet.
Die Auskoppelfläche 4 weist eine Mikrostruktur 6 aus einer Vielzahl ungleichmäßiger Erhebungen und Vertiefungen auf, durch die die Strahlwege des ausgerichteten Lichtstroms beim Austritt aus dem Lichtausrichtelement 2 um einen Winkel < 5° abgelenkt werden.
Damit wird der gerichtete Lichtstrom weitestgehend beibehalten. Es erfolgt nur eine leichte Veränderung der Strahlwege, was zu einer Homogenisierung des Lichtstroms führt.
Anstatt der Anordnung der Mikrostruktur 6 an der Auskoppelfläche 4 könnte die Mikrostruktur auch an der Wandung 5 angeordnet sein.
Dies würde dazu führen, dass zwar eine Reflektion der Strahlwege zu deren Ausrichtung erfolgt. Zusätzlich würden durch die Mikrostruktur diese Strahlwege aber noch um einen Winkel < 5° abgelenkt, wodurch der gerichtete Lichtstrom eine Homogenisierung erhalten würde.

1: Hochleistungs-LED
2: Lichtausrichtelement
3: Einkoppelfläche
4: Auskoppelfläche
5: Wandung
6: Mikrostruktur

Claims

Lichterzeugende Anordnung mit einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das elektrische Zuleitungen besitzt, sowie mit einem mit einem Abstand in Abstrahlrichtung vor dem Halbleiterelement angeordneten transparenten Lichtausrichtelement, durch das das von dem Halbleiterelement emittierte Licht zu einem Lichtstrom bündelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelfläche des Lichtausrichtelements (2) eine aus einer Vielzahl Erhebungen und Vertiefungen gebildete Mikrostruktur (6) aufweist, durch die die Strahlwege des Lichtstroms um einen Winkel < 5° ablenkbar sind.
Lichterzeugende Anordnung mit einem lichtemittierenden Halbleiterelement, das elektrische Zuleitungen besitzt, sowie mit einem mit einem Abstand in Abstrahlrichtung vor dem Halbleiterelement angeordneten transparenten Lichtausrichtelement, durch das das von dem Halbleiterelement emittierte Licht zu einem Lichtstrom bündelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Einkoppelfläche (3) zur Auskoppelfläche (4) des Lichtausrichtelements (2) sich erstreckende Wandung (5) des Lichtausrichtelements (2) eine aus einer Vielzahl Erhebungen und Vertiefungen gebildete Mikrostruktur aufweist, durch die die Reflexion der Strahlwege des Lichtstroms an der Wandung (5) des Lichtausrichtelements (2) um einen Winkel < 5° ablenkbar sind.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtausrichtelement eine Sammellinse ist.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur (6) eine Rautiefe von < 100 μm besitzt.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtausrichtelement (2) ein Kunststoffspritzgussteil ist, an dessen Auskoppelfläche (4) und/oder an dessen Wandung die Mikrostruktur angeformt ist.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur an einer transparenten Folie ausgebildet ist, die mittels eines brechungsindexangepassten Klebers auf der Auskoppelfläche befestigt ist.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur mittels eines auf die Auskoppelfläche und/oder die Wandung des Lichtausrichtelements aufgebrachten Lacks gebildet ist, dessen freie Oberfläche beim Aushärten die Mikrostruktur annimmt.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur durch eine Vielzahl verteilt an der Auskoppelfläche und/oder an der Wandung des Ausrichtelements angeordneter Mikrolinsen oder mikrolinsenartigen Erhebungen gebildet ist.
Lichterzeugende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen stochastisch verteilt angeordnet sind.